KR101006138B1 - 크롤러부시와 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

오일밀봉크롤러로서의 오일밀봉성의 확보, 충격적이며 아주 가혹한 부하에 대한 우수한 인성의 확보, 내마모성 및 마모수명의 개선을 도모하고, 또한 보다 값싼 제조방법을 제공한다.
전체 가열된 크롤러부시(5)의 외주면 또는 내주면 중 한쪽으로부터의 냉각을 선행한 후에, 전체둘레면을 냉각하는 것이나, 선행 냉각 중에 그 반대면으로부터의 고주파가열을 실시하는 것 등의 수단에 의해서, 외주면 경화층(2), 끝면 담금질 경화층(4) 및 내주면에 뜨임 마르텐사이트 경화층(6) 간에 형성되는 연질층(1)이 페라이트, 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 및 뜨임 마르텐사이트조직 중 1종이상으로 이루어지고, 이 연질층이 끝면부 내주면에 연결되어 있는 구성으로 한다.

Description

크롤러부시와 그 제조방법{BUSHING FOR CRAWLER AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은, 건설기계 등에 사용되는 크롤러부시 및 그 제조방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 내마모성, 내충격피로성에 우수한 오일밀봉식 크롤러부시와 이것에 의해 저비용으로 생산하는 제조방법에 관한 것이다.

종래, 건설기계의 크롤러(51)는 도 26에 나타내지는 각부품군에서 구성되어 있고, 특히 크롤러부시(52)는, 종감속장치로부터의 회전운동을 전달하는 스프로킷톱니와 맞물리고, 크롤러(51)는 회전시키는 기능을 가지는 것이므로, 외주면에 있어서는 내마모성이 요구됨과 아울러, 이것에 가해지는 부하에 견디기 때문에, 내주면에 있어서 강도와 인성이 요구된다.

또한, 불도저와 같이 고속을 주행하는 크롤러에서는, 크롤러핀(53)과 크롤러부시(52)의 늘어붙음을 방지하기 위하여, 이들 간극에 윤활유를 개재시킨 밀봉크롤러가 사용되고 있고, 이 경우에는, 스프로킷과 직접 접촉하는 외주면의 내마모성뿐만 아니라, 도 27에 나타내는 바와 같이, 크롤러부시의 양단부 평탄면 (시일평탄부)(61)와 더스트시일(62)로 윤활유를 시일할 필요때문에, 적어도 부시끝면의 시일평탄부(61)에서의 더스트시일(62) 접촉위치의 범위(외주면으로부터의 두께의 약1/2까지가 마모 후의 접촉위치)가 담금질에 의해서 충분히 경화되어 있는 것이 필요하다.

이들 필요특성을 만족시키기 위해서, 종래, 이 크롤러부시의 제조에 있어서는, 다음에 나타내지는 방법이 실시되고 있다.

① 표면경화강에 침탄처리를 실시하여, 내외주면 및 그 양끝면부에 고경도의 마르텐사이트를 형성하고, 내마모성과 강도 및 오일시일성을 확보하도록 한 것(예컨대 일본 특공소52-34806호 공보참조).

② 담금질성 향상 원소를 함유하는 탄소강을 크롤러부시에 형성가공하고, 전체를 담금질한 후 추가로 그 크롤러부시의 내주면만을 유도가열에 의해 담금질함으로써, 그 외주면, 끝면 및 내주면에 담금질 경화층을 형성시키고, 이들 담금질 경화층 사이에 고인성의 담금질 뜨임 연화층을 형성하고, 그 연화층이 크롤러부시 양끝면 근방의 내주면에 연결되도록 하는 크롤러부시의 제조방법이 일본 특공평3-69939호 공보에 개시되어 있다. 또한, 일본 특개2001-98326호 공보에 있어서도, 크롤러부시의 두께 전체를 담금질 경화하고, 그 내주면으로부터만 유도담금질을 실시하고, 두께 중심부에 형성되는 담금질 뜨임 연화층이 그 양끝면의 근방의 내주면에 연결되어서 형성하는 크롤러부시의 제조방법을 개시하고 있다.

③ 또한, 크롤러부시의 내주면용 냉각매체와 외주면용 냉각매체를 칸막이지그로 분리할 수 있는 담금질장치를 사용하여, 중탄소강의 부시소재를 일단 담금질처리가 가능한 온도이상으로 고주파가열하고, 내주면을 선행 냉각한 소정시간 후에 외주면으로부터의 냉각을 시작하거나, 또는 고주파가열에 의해서 외주면을 가열하면서 내주면 냉각을 행하고, 소정시간 후에 외주면 가열을 멈추고서, 외주면 냉각을 행하는 것의 일련의 담금질작업에 의해서, 크롤러부시의 외주면 및 내주면으로부터 두께중심부로 향하여 담금질 경화층을 형성하여, 각 양 담금질 경화층 간에 연질의 미담금질층을 남는 U자형 매끄러운 경도분포를 가지고, 또한, 외주면부로부터의 경화층깊이를 내주면으로부터의 경화층 깊이에 비해 보다 깊게 형성하고, 또한, 칸막이지그의 공부에 의해서 끝면부를 끝면폭의 1/2이상으로 경화한 내마모성에 우수한 오일밀봉식 크롤러부시와 그 값싼 제조방법이, 일본 특개평11-61264호 공보 및 일본 특개평11-236619호 공보에 개시되어 있다.

그러나, 상기 ①의 침탄법으로 만들어지는 크롤러부시는, 그 양단부도 균일하게 침탄경화되는 것이므로 오일밀봉용 부시로서의 양끝면부의 내마모성은 좋지만, 외주원통면에서의 내마모성을 높이기 위해서 침탄경화층을 깊게 할 필요가 있기 때문에, 침탄시간을 길게 걸림과 아울러, 침탄가스의 대량사용 등에 의한 비용면에서의 문제가 있다. 예컨대 부시의 두께가 두껍게 되는 대형 크롤러부시에서는, 강도, 내마모성의 관점으로부터의 필요경화층 깊이가 보다 깊게 되기 때문에, 생산성의 저하와 비용의 상승이 문제로 된다. 또한, 내외주표면에 있어서는 침탄가열시간이 장시간에 미치기 때문에 입계산화층이나 불완전 담금질층이 수십㎛ 두께로 형성되게 되고, 피로강도나 내충격특성이 열화되기 쉽게 되는 문제가 있다.

한편, 상기 ②의 고주파 담금질법에서는, ①의 침탄법에 비해서 비용적인 개선이 되어 있지만, 일단 전체경화한 크롤러부시의 내주면을 재담금질하는 필요가 있기 때문에, 담금질균열의 발생 등 충분한 품질 상의 관리에 문제가 있음과 아울러, 작은 지름의 크롤러부시의 내주면을 고주파 뜨임하는 것의 곤란성이나, 이동고주파 담금질 등 생산성의 낮음 및 두번이상의 열처리공정을 필요로 하는 것때문에 비용적으로 값싸게 할 수 없는 문제가 있다.

또한, 상기 ②의 고주파 담금질법에서는, 일본 특공소63-16314호 공보, 일본 특개평5-78745호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 내주면으로부터의 유도가열에 의해서 외주면 담금질 경화층이 보다 중심부 부근에서 뜨임되고, 외주면 담금질 경화층 경도가 중심부를 향하여 연화되기 쉽고, 외주면의 내마모성을 충분히 개선할 수 없는 문제가 있다.

또한, 일본 특개평6-247351호 공보, 일본 특개평10-68023호 공보에 있어서는, 크롤러부시의 외주면 및 내주면의 양쪽으로부터, 크롤러부시를 이동시키는 이동식 고주파담금질을 동시에 실시하고, 적어도 스프로킷과 맞물리는 부위의 내주면으로의 고주파담금질을 실시하지 않고, 크롤러부시의 강도를 높인 크롤러부시와 그 제조방법이 개시되어 있지만, 상기와 마찬가지로, 작은 지름의 크롤러부시 내경 열처리가 곤란한 것, 생산성이 낮은 이동고주파 담금질인 것, 두개의 고주파가열용 전원을 필요로 하여 설비투자가 높은 것, 내주면 미담금질층이 HRC35미만의 페라이트 및 펄라이트조직이기 때문에 강인성이 충분하지 않고, 또한, 전반적으로 얇은 크롤러부시를 내, 외주면으로부터의 동시냉각을 실시하는 것때문에, 전체경화되기 쉽고, 이것을 피하기 위해서는 외주면 담금질 경화층 깊이가 얕게 되기 때문에, 크롤러부시의 내마모수명이 충분하지 않는 등의 문제가 있다.

또한, 상기 ③의 고주파 담금질방법에 있어서는, 보다 얇고, 소형의 오일밀봉 크롤러부시 끝면부에서의 담금질부분의 얼룩이나 경화층의 빠짐이 완전히 피해지지 않고, 최종 검사공정이 필요하게 된다라는 문제가 있다.

본 발명은, 이와 같은 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 값싼 고주파 담금질 기술을 기초로 하여, 오일밀봉크롤러로서의 오잉밀봉성의 확보, 충격적이고 가혹한 부하에 대한 우수한 인성의 확보, 내마모성 및 마모수명의 개선을 도모함과 아울러, 상기 ①~②의 방법에 대해서 보다 값싼 제조방법을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에서는, 건설기계의 대형화와 고부하화에 수반되는 문제로 되는 크롤러부시와 회전, 요동 슬라이딩하는 크롤러핀과의 내 늘어붙음성 및 크롤러링크로부터의 빠짐을 방지하는 방법에 있어서도 개선하는 것을 목적으로 하는 것이다.

예컨대, 작은 지름의 중소형 불도저용 오일밀봉식 크롤러부시에 있어서는, 얇고, 끝면부는 크롤러링크로의 압입을 위한 끝면가공이 실시되고, 내주면측에 있어서는 크롤러핀과의 휨에 의한 국부접촉을 피하기 위한 모따기가공이 실시되어 있기 때문에, 끝면부의 평행면은 아주 폭좁게 되어 있다. 이 때문에, 끝면시일부 경화층을 확실하게 확보하기 위하여, 및, 크롤러링크로 크롤러부시를 압입할 때의 물림에 의한 압입불량을 방지하기에, 외주면 압입끝면 가공부를 확실하게 경화시키는 것이 필요하다. 또한, 그 크롤러부시로서의 강도, 인성 및 내마모성을 확보하기 위하여, 적어도, 그 외주면에는 HRC50 이상의 경질의 담금질 경화층이 형성되고, 그 두께 내부에 있어서 HRC45이하의 연질층을 형성시킴으로써, 열처리시의 담금질균열을 방지가능이 필요하다.

그래서, 제1발명에 의한 부시는, 적어도, 탄소가, 0.35~1.2중량%의 범위로 함유되는 탄소강 및/또는 저합금강으로 이루어지는 크롤러부시에 있어서, 그 외주면, 양끝면부가 담금질 경화됨과 아울러, 그 내주면도 담금질 경화되고, 이들 담금질 경화층 중간에 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종이상 또는 이들 조직 중에 입상 시멘타이트가 분산되어 이루어지는 조직의 연질의 미담금질층이 형성되도록 한 것이다. 이 제1발명에 있어서는, 두께가 얇은 중소형의 크롤러부시의 두께부 내부에 연질층을 형성하기 위해서는, 사용하는 강의 담금질성을 폭좁게 제한하는 것이 필요하게 되고, 그 강재의 입수성이 문제가 되고, 또한, 대형의 크롤러부시에 있어서는, 외주면의 담금질 경화층을 충분히 깊게 하는 것이 가능하지 않게 되고, 충분한 마모수명이 얻어지지 않는다.

그래서, 제2발명에 의한 크롤러부시에서는,

크롤러부시의 소재의 담금질성이 내주면과 외주면으로부터 동시에 수냉각함으로써, 그 두께 전체가 HRC45 이상의 경도로 전체경화되는 것으로 하고, 또한, 크롤러부시를 전체가열한 후의 냉각작업에 있어서, 두께내부의 냉각속도가 동시 냉각시의 냉각속도보다 느리게 되도록 하여 연질의 미담금질층이 형성되는 것을 특징으로 하였다.

가장 간단한 전체 담금질법에 있어서는, 크롤러부시의 내주면, 외주면 및 끝면을 거의 동시에 냉각하기 시작하여, 그 냉각도중에 두께내부에 있어서의 냉각속도를 느리게 함으로써 제조되는 것으로서, 그 크롤러부시 전체둘레면에 있어서 담금질경화층이 연속해서 형성되는 것을 특징으로 한다(제3발명).

또한, 제4발명에 의한 크롤러부시는,

크롤러부시를 전체가열후, 외주면과 외주면이 독립해서 냉각가능한 담금질장치를 이용하여, 내주면 또는 외주면의 어느 한쪽을 선행냉각하여, 소정시간 후에 전체주위를 냉각하거나, 또는, 그 선행냉각 중에 반대면으로부터의 유도가열을 실시하고, 소정시간 후에 그 유도가열을 멈추고서, 유도가열면을 냉각함으로써, 두께 내부의 냉각속도를 보다 느리게 하여 제조되는 것으로서, 또한, 그 냉각과정에 있어서 외주면과 끝면을 동시에 냉각함으로써 외주면 담금질 경화층과 그 담금질 경화층에 연결된 끝면 담금질 경화층과 내주면에 담금질 경화층이 형성되고, 또한, 두께 내부의 연화층이 내주면에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 제4발명에 있어서는, 내주면으로부터 선행하여 냉각함으로써, 크롤러부시 두께에 축적되어 있는 열량이 적은 상태로 되어 있기 때문에, 내주면으로부터의 냉각에 의한 외주면측에서의 냉각속도가 빠르게 되고, 외주면 담금질 경화층이 형성되기 쉽게 되므로, 낮은 담금질성 강재에 의해서도 충분한 외주면 담금질 경화층 깊이가 얻어지는 것이므로, 값싼 강재가 이용가능한 것에서 바람직하다. 또한, 일련의 1회의 열처리에 의해서 크롤러부시 양끝면부가 담금질 경화되는 값싼 열처리이다.

또한, 제5발명에 의한 크롤러부시는,

상기 제4발명에 있어서의 그 냉각과정에 있어서, 내주면과 끝면을 동시에 냉각함으로써 내주면 담금질 경화층과 그 담금질 경화층에 연결된 끝면 담금질 경화층과 외주면에 담금질 경화층이 형성되고, 또한, 두께 내부의 연화층이 외주면에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제4발명, 제5발명에 있어서 기재된 내주면 또는 끝면의 선행냉각방법 또는 외주면 또는 외주면과 끝면의 선행냉각 중 어느 경우에 있어서도 거의 동일한 두께내부의 냉각속도를 느려지게 하는 효과가 달성되고, 또한, 상기 외주면으로부터의 유도가열과 내주면으로부터의 유도가열의 어느 경우에 있어서도 거의 동일 목적이 달성되는 것은 명확하다.

또한, 크롤러링크로 압입되는 부위의 두께보다도 스프로킷과 맞물리는 부위의 두께를 두껍게 하여, 마모수명의 개선을 도모하는 목적으로 사용되는 단차가 있는 크롤러부시에 있어서의 외주면 담금질 경화층은. 통상 외주면 위치로부터의 소정의 깊이로 형성되어 있기 때문에, 그 마모수명 개선효과가 충분하지 않지만, 상기 제4발명, 제5발명에 기재된 내주면 선행냉각 후에, 외주면 냉각하거나, 상기 선행 냉각 중에 유도가열하는 열처리방법에 의해서, 외주면 담금질 경화층 깊이가 내주면과 평행하게 형성되고, 단차가 있는 크롤러부시의 마모수명 개선효과가 유효하게 생기는 것을 특징으로 하는 것도 가능하다(제6발명).

상기 제1~6발명을 보다 구체적으로 기술하면,

우선, 제7발명에 의한 크롤러부시는,

상기 크롤러부시에 있어서, 그 소재전체를 A1 또는 A3 변태온도 이상의 온도로 가열한 후, 그 크롤러부시의 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 크롤러부시의 양끝면 부위에서 칸막이지그를 밀착시키면서, 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 실시할 수 있는 담금질장치를 이용하여,

(1) 내, 외주면, 끝면으로부터의 냉각을 거의 동시에 실시하고, 소정시간 후에 내주면 냉각을 도중에 멈추는 일련의 담금질작업,

(2) 거의 동시에 실시하는 내, 외주면, 끝면으로부터의 냉각을, 도중에 1회이상 일시 멈추어서, 소정시간 후에 재냉각을 실시하는 일련의 담금질작업

등의 크롤러부시 두께 중심부에 있어서의 냉각속도가 내외주면으로부터의 동시냉각시의 냉각속도보다 느려지게 하는 담금질작업을 실시함으로써 외주면 담금질 경화층, 양끝면 담금질 경화층 및 내주면 담금질 경화층이 연속적으로 연결되어 형성되고, 그 두께 내부에 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종이상 또는 이들 조직 중에 입상 시멘타이트가 분산되어 이루어지는 조직으로 이루어지는 연질의 미담금질층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 제8발명에 의한 크롤러부시는,

상기 크롤러부시에 있어서, 그 소재전체를 A1 또는 A3 변태온도 이상의 온도로 가열한 후, 그 크롤러부시의 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 크롤러부시의 양끝면의 내주면측 부위에서 칸막이지그를 밀착시키면서, 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 실시할 수 있는 담금질장치를 이용하여,

(1) 외주면 및 끝면으로부터의 냉각을 선행하여 실시하고, 소정시간 후에 내주면으로부터의 냉각을 실시하는 일련의 담금질작업,

(2) 상기 (1)의 일련의 담금질작업 중에, 외주면 및 끝면으로부터의 선행냉각을 소정시간 정지하고 난 후에 재냉각을 실시하는 일련의 담금질작업

등의 크롤러부시 두께 중심부에 있어서의 냉각속도가 내외주면으로부터의 동시 냉각시의 냉각속도보다 느려지게 하는 담금질작업을 실시함으로써 외주면 담금질 경화층과 이것에 연결되는 양끝면 담금질 경화층 및 내주면 담금질 경화층이 형성되고, 또한, 이들 경화층 간에 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종이상 또는 이들 조직 중에 입상 시멘타이트가 분산되어 이루어지는 조직으로 이루어지는 연질의 미담금질층이 남은 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 크롤러부시에 적용하는 강재로서는 보다 값싸게 끝나게 되고, 또한, 외주면 및 끝면부를 선행, 또는 동시에 냉각하는 방법이므로, 외주면과 끝면부가 연결되어서 담금질 경화층이 확실하게 형성되는 특징을 갖고, 또한, 두께 중심부에 미담금질 연질층을 가지고, 내주면에 담금질 경화층이 형성되는 것이므로, 내주면에 있어서는 확실한 압축잔류응력을 가지는 고강도의 마르텐사이트조직이 형성되고, 고강도의 크롤러부시로 되는 특징이 있다.

또한, 제8발명에 의한 크롤러부시는, 예컨대 외주면 선행냉각하고, 소정시간 후에 내주면 냉각을 실시하는 방법에 있어서는, 그 시간을 조정함으로써, 내주면 담금질 경화층 깊이를 그 외주면 담금질 경화층 깊이보다 깊음에서 얕음까지 조장하는 것이 가능하고, 그 내주면 담금질 경화층 깊이를 크롤러부시 두께의 5~50%로 조정함으로써 보다 고강도의 크롤러부시를 제공할 수 있는 특징이 있다.

또한, 제9발명에 의한 크롤러부시는,

상기 크롤러부시에 있어서, 그 소재 전체를 A1 또는 A3 변태온도이상의 온도로 가열한후, 이 크롤러부시의 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 부시의 양끝면의 외주면측 부위에서 칸막이지그를 밀착시키면서, 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 실시할 수 있는 담금질장치를 이용하여,

(1) 내주면 및 끝면으로부터의 냉각을 선행하여 실시하고, 소정시간 후에 외주면으로부터의 냉각을 실시하는 일련의 담금질작업,

(2) 상기 (1)의 일련의 담금질작업 중에, 내주면 및 끝면으로부터의 선행냉각을 소정시간 정지하고 난 후에 재냉각을 실시하는 일련의 담금질작업

등의 크롤러부시 두께 중심부에 있어서의 냉각속도가 내외주면으로부터의 동시 냉각시의 냉각속도보다 느려지게 하는 담금질작업을 실시함으로써 내주면 담금질 경화층과 이것에 연결되는 양끝면 담금질 경화층 및 외주면 담금질 경화층이 형성되고, 또한, 이들 경화층 간에 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종이상 또는 이들 조직 중에 입상 시멘타이트가 분산되어 이루어지는 조직으로 이루어지는 연질의 미담금질층이 남은 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은, 상기 제2발명에 비해서, 동일 담금질성의 강재를 이용한 경우에 있어서 외주면 경화층을 보다 깊게 할 수 있고, 보다 마모수명의 개선에 바람직하지만, 상기 연화층이 연결되는 외주면 위치가, 크롤러링크에 압입될 때의 압입개시부위를 피나는 것이 바람직한 것은 명확하다.

또한, 보다 대형, 중소형에 관계없이, 불도저용 크롤러부시에 있어서는, 그 마모수명을 길게 하기 위하여, 외주면 담금질 경화층을 보다 깊게 형성시킬 필요성이 있고, 본 제10발명에 의한 크롤러부시는,

상기 크롤러부시에 있어서, 그 크롤러부시 소재의 내주면으로부터의 고주파가열이 가능함과 아울러, 크롤러부시의 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 부시의 양끝면의 내주면측 부위에서 칸막이지그를 밀착시키면서, 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 실시할 수 있는 담금질장치를 이용하여, 1개이상의 원통형상 크롤러부시 소재를 원통축 중심에 회전시키면서 그 내주면측으로부터 고주파 유도가열에 의해서, 그 크롤러부시 소재를 A1 또는 A3 변태온도 이상의 온도로 가열한 후, 고주파가열을 계속하면서 외주면과 끝면으로부터의 냉각을 선행실시하고, 소정시간 후, 고주파가열을 멈추고서 내주면으로부터의 냉각을 실시하는 일련의 담금질작업에 의해서, 외주면 담금질 경화층과 이것에 연결되는 양끝면 담금질 경화층 및 내주면 담금질 경화층이 형성되고, 이들 경화층 중간에 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종이상 또는 이들 조직 중에 입상 시멘타이트가 분산되어 이루어지는 조직으로 이루어지는 연질의 미담금질층이 남겨져 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 제11발명에 의한 크롤러부시는,

상기 크롤러부시에 있어서, 그 크롤러부시 소재의 내주면으로부터의 고주파가열이 가능함과 아울러, 크롤러부시의 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 부시의 양끝면의 내주면측 부위에서 칸막이지그를 밀착시키면서, 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 실시할 수 있는 담금질장치를 이용하여, 1개이상의 원통형상 크롤러부시 소재를 원통축중심으로 회전시키면서 그 내주면측으로부터 고주파 유도가열에 의해서, 적어도 그 크롤러부시 소재를 A1 또는 A3 변태온도 이상의 온도로 가열한 후, 고주파가열을 계속하면서 외주면으로부터의 냉각을 선행실시하고, 소정시간 후, 고주파가열을 멈추고서 내주면과 끝면으로부터의 냉각을 실시하는 일련의 담금질작업에 의해서, 내주면 담금질 경화층과 이것에 연결되는 양끝면 담금질 경화층 및 외주면 담금질 경화층이 형성되고, 이들 경화층 중간에 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종이상 또는 이들 조직 중에 입상 시멘타이트가 분산되어 이루어지는 조직으로 이루어지는 연질의 미담금질층이 남겨져 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 제12발명에 의한 크롤러부시는,

상기 크롤러부시에 있어서, 그 크롤러부시 소재의 외주면으로부터의 고주파가열이 가능함과 아울러, 크롤러부시의 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 부시의 양끝면의 내주면측 부위에서 칸막이지그를 밀착시키면서, 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 실시할 수 있는 담금질장치를 이용하여, 1개이상의 원통형상 크롤러부시 소재를 원통축중심으로 회전시키면서 그 외주면측으로부터 고주파 유도가열에 의해서, 그 크롤러부시 소재를 A1 또는 A3 변태온도 이상의 온도로 가열한 후, 고주파가열을 계속하면서 내주면으로부터의 냉각을 선행실시하고, 소정시간 후, 외주면 담금질 경화층과 이것에 연결되는 양끝면 담금질 경화층 및 내주면 담금질 경화층이 형성되고, 이들 경화층 중간에 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종이상 또는 이들 조직 중에 입상 시멘타이트가 분산되어 이루어지는 조직으로 이루어지는 연질의 미담금질층이 남겨져 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

일본 특개평11-236619호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 내주면과 외주면의 냉각매체를 칸막이하고, 또한, 크롤러부시 양끝면부의 내주면으로부터의 냉각을 느려지게 하는 칸막이지그를 이용하는 방법에서는, 상기와 같이 양끝면부의 담금질 경화 얼룩이나 빠짐이 충분히 피해지지 않는 문제가 있었지만, 본 발명에서는, 앞의 양끝면부의 담금질 경화 얼룩이나 빠짐은, 내주면 냉각이 급속하게 일어나고 칸막이지그와 크롤러부시 끝면부 형상이 냉각시의 형상변화에 의해서 간극이 발생하기 쉬운 것이 원인인 점에 착안하여, 양끝면부가 지나치게 냉각되지 않는 사이에 내주면 냉각을 일단 멈춤으로써 냉각매체의 누출을 방지함으로써 상기 문제점을 방지한 것이다.

또한, 제13발명에 의한 크롤러부시는,

상기 크롤러부시에 있어서, 그 크롤러부시 소재의 외주면으로부터의 고주파가열이 가능함과 아울러, 크롤러부시의 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 부시의 양끝면의 외주면측 부위에서 칸막이지그를 밀착시키면서, 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 실시할 수 있는 담금질장치를 이용하여, 1개이상의 원통형상 크롤러부시 소재를 원통축중심으로 회전시키면서 그 외주면측으로부터 고주파 유도가열에 의해서, 그 크롤러부시 소재를 A1 또는 A3 변태온도 이상의 온도로 가열한 후, 고주파가열을 계속하면서 내주면과 끝면으로부터의 냉각을 선행실시하고, 소정시간 후에 외주면의 가열을 멈추고서 외주면과 끝면으로부터의 냉각을 실시하는 일련의 담금질작업에 의해서, 내주면 담금질 경화층과 이것에 연결되는 양끝면 담금질 경화층 및 외주면 담금질 경화층이 형성되고, 이들 경화층 중간에 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종이상 또는 이들 조직 중에 입상 시멘타이트가 분산되어 이루어지는 조직으로 이루어지는 연질의 미담금질층이 남겨져 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 제10~제13발명에 있어서, 외주면 또는 내주면으로부터의 고주파가열을 실시하는 어느 방법에 있어서도, 예컨대, 외주면 고주파전력과 내주면 선행냉각시간 또는 내주면 고주파 전력과 외주면 선행냉각시간의 조정에 의해서, 크롤러부시 외주면 담금질 경화층을 자유롭게 조정하는 것이 가능하고, 마모 수명의 개선에 아주 유효한 크롤러부시이다.

또한, 제14발명에 의한 크롤러부시는,

청구항7~13발명에 있어서의 일련의 담금질작업에 있어서, 내주면 및/또는 외주면의 냉각을 일시적으로 멈춤으로써, 두께 중심부로부터의 열확산 및/또는 내주면 또는 외주면으로부터의 고주파가열에 의한 외주면 및/또는 내주면 담금질 경화층의 뜨임을 실시하고 있는 것과, 또한, 외주면 또는 내주면으로부터의 고주파가열에 의한 내주면 또는 외주면 담금질 경화층을 뜨임하고, 별공정에 있어서의 추가의 뜨임처리를 생략하여도 좋다라는 특징이 있다. 크롤러부시의 마모수명을 확보하는 관점에서는, 외주면 담금질 경화층 깊이가 두께의 30~80%로 되도록 조정되지만, 두께의 70%이상에 외주면을 담금질 경화시킨 경우에는, 크롤러부시의 내마모성이 열화하기 시작하는 것은 늘 경험하는 것이고, 또한, 크롤러부시의 마모한계가 두께의 거의 60%로 되도록 설계되는 것때문에, 외주면 경화층의 깊이 상한을 70%로 하는 것이 바람직하다(제19발명).

또한, 예컨대, 외주면 고주파가열하면서 내주면 선행냉각시간을 조정하고, 내주면 담금질 경화층을 HRC30~45미만으로 뜨임함으로써, 고인성의 크롤러부시로 할 수 있다(제17발명). 또한, 상기 내주면 담금질 경화층 깊이를 크롤러부시의 ~15%로 얇게 조정함으로써, 보다 내충격적 강도에 우수한 크롤러부시가 제공가능한 것은 명확하다.

또한, 제15발명에 의한 크롤러부시는,

두께 전체가 전체경화된 크롤러부시 소재를 이용하고, 외주면으로부터의 고주파가열 중에 내주면의 냉각을 행하고, 외주면으로부터의 냉각에 의해서, 외주면 경화층과 그 경화층에 연결된 끝면 담금질 경화층과, 내주면에 뜨임 마르텐사이트 경화층이 형성되고, 상기 외주면 경화층과 내주면 뜨임 마르텐사이트 경화층 사이에 형성되는 연질층이 페라이트, 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 및 뜨임 마르텐사이트조직 중 1종이상으로 이루어지고, 이 연질층이 끝면부 내주면측 및 내주면에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 중소형 크롤러부시에 적용하는 강재로서 보다 값싸게 끝나는 것 및 작은 지름의 내주면만의 고주파 담금질작업을 필요로 하지 않고, 담금질작업이 용이한 외주면으로부터의 고주파 담금질작업만으로 좋게 되고, 자동화가 도모되기 쉬운 것, 또한 외주면으로부터의 고주파 가열시에 내주면 경화층이 뜨임되도록 내주면 냉각을 실시함으로써, 고인성으로 또한 내마모성을 필요로 하는 외주면 및 양끝면 경화층을 뜨임처리하지 않고 보다 고경도로 사용하게 되므로, 품질적으로도, 경제적으로도 바람직한 것이다.

또한, 두께전체를 담금질 경화한 크롤러부시의 외주면으로부터 중첩되어서 담금질 경화하는 열처리는, 상기와 같이 담금질균열에 관한 감수성이 높다라고 고려되지만, 내주면을 냉각하고, 내주면측의 강도를 확보하면서 외주면을 고주파 가열하는 것과, 내주면을 냉각하면서 외주면 가열시에 충분한 가열온도 구배를 완만하게 취하는 것에서 담금질균열을 방지할 수 있다.

그런데, 중대형 불도저용 오일밀봉식 크롤러부시에서는 보다 두께가 두껍게 되고, 두께 전체를 담금질 경화시키기 위한 강재는 보다 많은 합금원소를 필요로 하는 것이므로, 보다 고가로 됨과 아울러, 전체경화를 위하여 열처리비가 높게 된다.

이점을 감안하여, 제16발명에 의한 크롤러부시는,

내주면에 담금질 경화층이 형성된 크롤러부시 소재를 이용하고, 외주면으로부터의 고주파가열 중에 내주면의 냉각을 행하고, 외주면으로부터의 냉각에 의해서, 외주면 경화층과 그 경화층에 연결된 끝면 담금질 경화층과, 내주면에 뜨임 마르텐사이트 경화층이 형성되고, 상기 외주면 경화층과 내주면 뜨임 마르텐사이트 경화층 사이에 형성되는 연질층이 페라이트, 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 및 뜨임 마르텐사이트조직 중 1종이상으로 이루어지고, 이 연질층이 끝면부 내주면측 및 내주면에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 있어서도, 외주면으로부터의 고주파 가열시에 내주면 경화층이 뜨임되도록 내주면 냉각을 실시함으로써, 고인성으로 또한 내마모성을 필요로 하는 외주면 및 양끝면 경화층을 뜨임처리시키지 않고 보다 고경도로 사용하는 것이, 품질적으로도 경제적으로도 바람직하다. 또한, 본 발명은, 외주면으로부터의 고주파 담금질을 실시함에 있어서, 외주면측에 있어서 중첩담금질로 하지 않기 때문에, 담금질균열에 관한 위험성이 경감되는 것에서 바람직한 방법이다.

상기 제15, 16발명의 고주파가열ㆍ담금질방법으로서는, 고주파코일과 크롤러부시를 상대적으로 이동시키는 이동식 고주파가열 담금질방법과 크롤러부시를 축중심 둘레로 회전시키면서 안장형, 두루마기형 또는 원통형상의 고주파 코일을 사용하여 가열속도를 조정하면서 전체가열 담금질하는 방법 중 어느 것이어도 이용하는 것이 가능하다.

상기 이동식 가열ㆍ담금질 방법을 이용하는 경우에 있어서는, 양끝면부 근방에 있어서의 고주파 코일과 크롤러부시의 상대속도를 느려지게 함으로써 끝면부를 확실하게 담금질 경화되어 있는 것이 바람직하고, 또한, 보나 내마모수명을 개선하기 위해서, 스프로킷과 맞물리는 부위에 있어서도 그 상대속도를 느려지게 함으로써 외주면 담금질 경화층을 보다 깊게 담금질되어 있는 것이 바람직하다(제6발명).

또한, 광산 등의 암반지를 주행하는 주행 불도저나 고속주행하는 불도저에서는 크롤러부시에 가혹한 충격적 하중이 작용하고, 크롤러부시 내주부로부터 파손되는 예가 있다.

이것을 방지하는 관점에서, 제17발명에 의한 크롤러부시는,

상기 외주면으로부터의 고주파 가열ㆍ담금질법에 의해서, 외주면, 끝면 및 내주면에 담금질 경화층이 형성됨과 아울러, 내주면 담금질 경화층 경도가 HRC 45미만(2U샤르피 충격치가 5㎏-m/㎠ 이상)으로 뜨임되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다. 여기서, 적어도 내주면이, HRC 30~45의 미세한 입상 시멘타이트가 분산한 고인성의 뜨임 마르텐사이트조직인 것이 바람직하다.

상기 제17발명에 의한 크롤러부시는, 미리 입상 시멘타이트가 분산한 강인성의 뜨임 마르텐사이트조직에 조질(담금질뜨임처리)한 것을 크롤러부시 소재에 이용함으로써 제조되는 것은 명확하다. 또한, 강인한 펄라이트조직으로 하여도 좋지만, 강도적인 관점에서는 HRC30 이상에서 HRC45미만의 것이 바람직하다. 또한, 크롤러핀 외주면과 크롤러부시 내주면의 슬라이딩에 의한 내늘어붙음성을 좋게 하기 위해서는, 입상 시멘타이트가 많을수록 좋고, 시멘타이트의 입상화 처리가 용이하게 가능한 1.2중량% 이하의 범위의 탄소가 함유되는 고탄소강을 적용하는 것이 바람직하다(제8발명).

또한, 통상 침탄담금질 뜨임경도와 거의 동등 이상의 고주파 담금질 경도를 얻기 위해서는 0.35중량% 이상의 탄소를 함유한 강이 필요하고, 내충격성에 우수한 특성(샤르피 충격치 5㎏-m/㎠ 이상)을 갖게 하기 위해서는 안전성을 고려하여, 담금질 뜨임 강에 있어서도 HRC 45이하로 조정하는 것이 바람직하므로, 상기 크롤러부시 내주면에 있어서는, 그 경도가 HRC45 미만으로 되도록 하는 것이 좋다.

상기 제15~18발명에 있어서, 추가로 마모수명을 개선하기 위해서, 상기 외주면으로부터의 고주파가열에 의해서 담금질함에 있어서, 내주면이 강의 A1온도(720℃)이상으로 가열되지 않도록, 초기에 또는 가열도중에 내주면의 냉각을 외주면보다 앞에 개시하고, 외주면으로부터의 가열종료후에 외주면을 냉각함으로써, 외주면 담금질 경화층 깊이를 두께의 30~80%로 깊게 하는 것이 바람직하다(제19발명). 두께의 70%이상에 외주면을 경화시킨 경우에는, 크롤러부시의 내충격강도가 열화하기 시작하는 것은 늘 경험되는 것이고, 또한, 크롤러부시의 마모한계가 거의 60%로 설정되는 것때문에, 외주경화층의 깊이를 40~70%로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 HRC 45이하에서 미세립형상 시멘타이트가 분산된 고인성의 뜨임 마르텐사이트조직은 크롤러부시 소재를 조질처리(담금질뜨임처리)한 후, 상기 크롤러부시 외주면으로부터의 고주파 담금질에 의해서 외주면 및 양끝면부를 담금질함으로써 제조되지만, 보다 고인성의 크롤러부시로 하기 위해서는, 고온뜨임 취성이 현저하게 나타나지 않는(Cr이 0.5중량%이하에서 남음이 Mn, C, Si, Al, Ni, Mo, Ti 등을 함유하는) 탄소강 또는 탄소붕소강이 크롤러부시 소재로서 바람직하고, 또한 조질처리의 뜨임온도는 150℃이상인 것이 바람직하다. 또한, 후열처리로 하여 외주면으로부터의 고주파 담금질을 중첩해서 실시하기 위해서, 그 담금질균열성을 피해서 보다 생산성을 높이기 위해서 HRC45 이하로 조질하여 두는 것이 바람직하다.

상기 외주면부 및 양끝면부를 고주파 담금질한 크롤러부시에 있어서, 크롤러핀과 오일윤활 하에서 슬라이딩하는 크롤러부시 내주면은 HRC45 미만의 경우에 있어서도 늘어붙음성에 큰 문제가 없지만, 특히 대형 불도저와 같이 보다 하중부하가 크고, 편하중이 걸리기 쉬운 경우나, 고속으로 장거리의 연속된 주행을 반복하는 경우에는, 크롤러부시 내주면과 크롤러핀 외주면이 저속으로 슬라이딩하고, 물림이 생기기 쉽게 됨과 아울러, 고하중 하에서의 크롤러부시의 피로강도의 개선이 중요하게 된다.

그래서, 제20발명에서는, 상기 외주면으로부터의 고주파 담금질에 의해서 외주면 경화층과 끝면경화층이 연결되어서 형성되고, 내주면이 HRC45 미만으로 한 크롤러부시에, 그 양끝면의 시일평탄부의 담금질 경화부분을 피해서, 그 크롤러부시 내주면을 고주파 담금질하고, 내주면 담금질 경화층 깊이가 두께의 5~15%로, 크롤러부시 두께 내부에 형성되는 연질층이 크롤러부시 양끝면의 시일평탄부를 피해서, 양끝면 근방의 내주면에 연결되어서 형성됨과 아울러, 내주면에 있어서 30㎏/㎟이상의 압축잔류응력을 부가하도록 하였다.

또한, 상기 탄소강 및/또는 탄소붕소강에 있어서, 담금질 후의 뜨임은 인성회복에 필요하고, 적어도 150℃이상, 바람직하게는 200℃이상의 뜨임처리를 실시하였지만, 제21발명에서는, 상기 각 발명에 있어서, 150℃이상의 담금질처리가 실시되고, 고주파 담금질 경화층 표면의 경도가 HRC50 이상이고, 또한, 양끝면부의 담금질 경화깊이를 0.5㎜이상인 것을 특징으로 하고, 내마모성을 확보하도록 하였다.

또한, 유압셔블 등에 사용하는 크롤러는 상기와 같은 오일밀봉식이 아니고 윤활이 관여하지 않는 건식이기 때문에, 크롤러부시 내주면은 담금질 경화되어 있지만, 양끝면부는 담금질 경화되어 있지 않다. 이 건식용 크롤러부시에 있어서, 양끝면을 추가적으로 담금질 경화하여 이용가능하면, 끝면부 담금질 경화층이 안정된 형성과 생산설비의 공통화나 생산성의 향상이 획기적으로 도모가능하다.

그래서, 제22발명에 의한 크롤러부시는,

외주면 또는 외주면과 내주면에(고주파 담금질에 의해서) 담금질경화층이 형성됨과 아울러, HRC 45미만의 연질층이 두께중심부로부터 내주면에 걸쳐서 형성되거나, 또는 외주면 경화층과 내주면 경화층 사이에 형성되고, 이 연질층이 양끝면부에 연결되어 있는 크롤러부시의 양끝면부를 담금질 경화하고, 그 연질층이 크롤러부시의 외주면 또는 외주면과 내주면에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 양끝면부가 고주파 담금질 경화된 크롤러부시에 있어서는, 내, 외주면이 각각 고주파 담금질하는 것을 특징으로 하지만, 끝면부의 고주파 담금질 경화층과 중첩하는 위치에서의 담금질균열이 발생하기 쉬운 것을 감안하여, 상기 중첩 담금질과 마찬가지로 양끝면부를 고주파 가열할 때에는 가열깊이가 깊게 되도록 그 온도 구배를 완만하게 하여 담금질하는 것이 바람직하다. 즉, 제23발명은, 상기 제21발명에 있어서, 양끝면부가 담금질 경화된 크롤러부시에 있어서, 상기 외주면 또는 그 외주면과 내주면에 고주파 담금질에 의한 경화층이 형성되고, 그 내주면 경화층 및 외주면 경화층과 고주파 담금질하여 이루어지는 끝면부 경화층이 각각 중첩되는 부위에 있어서 뜨임 마르텐사이트조직의 연질층이 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 양끝면부가 담금질 경화된 크롤러부시에 있어서, 크롤러부시의 내주면 및/또는 외주면의 경화층이 양끝면부에 있어서 미담금질층을 남기고, 후공정의 양끝면부의 담금질 경화층과 중첩되지 않도록 고주파 담금질되어 있지만, 상기 담금질균열의 위험성이 없는 것에서 보다 바람직하다(제24발명).

상기 양끝면부가 고주파 담금질 경화된 크롤러부시에 있어서, 1개이상의 크롤러부시 소재가, A1 또는 A3변태온도이상의 온도로 가열된 후, (1) 고주파가열을 멈추고서, 내주면 또는 외주면 중 어느 한쪽으로부터의 냉각을 선행하여, 실시하고, 소정시간 후에 이들 반대면(외주면 또는 내주면)으로부터의 냉각을 실시하는 일련의 담금질작업, (2) 크롤러부시 외주면으로부터의 상기 고주파 전체가열후, 고주파가열을 계속하면서 내주면으로부터의 냉각을 선행실시하고, 소정시간 후에 외주면의 가열을 멈추고서 외주면으로부터의 냉각을 실시하는 일련의 담금질작업, (3) 크롤러부시 내주면으로부터의 상기 고주파 전체 가열후, 고주파가열을 계속하면서 외주면으로부터의 냉각을 선행실시하고, 소정시간 후에 내주면의 가열을 멈추고서 외주면으로부터의 냉각을 실시하는 일련의 담금질작업 중 어느 하나의 담금질작업이 실시됨으로써, 상기 외주면과 내주면에 담금질 경화층이 형성되고, 그 양 담금질 경화층 간에 형성되는 연질의 미담금질층이 형성되고, 그 양담금질 경화층 간에 형성되는 연질의 미담금질층이 양끝면부에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 크롤러부시가 바람직하다(제25발명).

이 고주파 담금질방법에 있어서는, 일본 특개2001-240914호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 복수개의 크롤러부시를 끝면부로 겹쳐올려서 담금질하는 것이 가능하고, 또한 작은 지름의 크롤러부시에 있어서도 내주면을 층류냉각매체로 냉각함으로써 균일한 냉각이 가능한 것때문에, 아주 생산성좋고, 값싸게 제조할 수 있는 것에서 바람직하다.

또한, 양끝면부가 미담금질층으로 이루어지는 크롤루부시를 복수개 동시에 생산하는 방법으로서는, 중첩하는 크롤러부시 간에 적절한 지그를 끼우고, 끝면부가 가열되기 어렵게 하는 것 및/또는 끝면부가 냉각되도록 함으로서 상기 방법이 적용가능하지만, 전체가열하기 위한 두루마기형 또는 원통형 고주파 유전자의 형상을 조정함으로써, 중첩되는 크롤러부시 끝면부 근방이 가열되기 어렵고, 끝면부에 미담금질층을 남은 크롤러부시를 복수개 동시에 생산하는 것이 아주 바람직한 방법이다.

또한, 상기 일련의 담금질작업 중 어느 하나에 있어서, (1) 그 작업 도중에 내주면측 및/또는 외주면측의 냉각을 일시멈추거나 또는 멈추어서, 크롤러부시 내에 남아있는 잔열로 내주면측 경화층을 뜨임하는 일련의 담금질작업, 또는 (2)외주면측 또는 내주면측으로부터의 고주파가열에 의해, 적어도, 내주면 담금질 경화층을 뜨임한 것을 특징으로 하는 크롤러부시는, 별공정으로의 뜨임처리로 생략할 수 있는 것, 또한, 그 경도를 HRC30~45미만으로 조정함으로써 고인성의 크롤러부시로 되는 것에서 바람직하다(제26발명, 제27발명).

또한, 미담금질층을 양끝면부에 남은 상기 크롤러부시의 양끝면부를 고주파 담금질하는 방법은, 끝면부의 고주파 가열에 의한 담금질균열의 위험이 없으므로, 아주 생산성이 좋게 실시되지만, 사용하는 고주파 가열원으로서는 30kHz 이상인 것이 바람직하다.

예컨대, 후술하는 바와 같이 40kHz의 고주파 전원을 이용하고, 끝면부로부터의 고주파 가열 담금질을 실시한 예로부터 명확해지는 바와 같이, 150kWh, 5초 이내로, 끝면으로부터 4mm까지 깊게 담금질 경화되는 것이므로, 열처리시간이 아주 단시간에 끝나는 끝면고주파 담금질법이 바람직하다. 또한, 크롤러부시를 크롤러링크에 압입되기 위한 크롤러부시 외주 모따기위치(「압입개시부」라함.)에 경화층이 중첩되는 부위의 연질층이 존재하는 경우에는, 그 연질층 경도가 HRC40 이상이 아니면 압입시의 물림에 의한 문제점이 발생하기 쉽기 때문에, 그 연질층 경도가 HRC40 미만, 보다 바람직하게는 HRC45 이하의 경우에는 상기 압입개시부를 피해서 형성되는 것으로 하였다(제29발명).

또한, 상기 압입개시부위치보다 끝면으로부터 얕게 고주파 담금질하는 경우에는, 고주파 전원의 주파수를 보다 높이는 것이나 수중에 부시를 침지하면서 끝면을 고주파 담금질하는(「수중고주파담금질법」) 것이 바람직하다.

또한, 상기 끝면을 고주파 담금질하는 전처리로서, 적어도 150℃, 바람직하게는, 200℃이상의 온도에서 뜨임처리를 실시함으로써, 내주면 경화층의 인성의 회복을 도모하여 두는 것이 보다 바람직하다(제30발명).

또한, 끝면부 담금질 경화층 깊이가 0.5mm이상에서, 바람직하게는 1~3mm에서, 이 경화층을 담금질상태의 보다 경질의 상태로 사용함으로써, 끝면부의 내마모성을 보다 개선하는 것이 바람직하지만, 끝면부 고주파 담금질 후에 적절한 뜨임처리를 실시하여 사용하는 것도 가능하다(제31발명).

상기 끝면 끝면부 근방의 외주면 및 내주면에 가능한 연질층이나 미담금질층부에 어디로 하여도 인장잔류응력이 발생하므로, 본 발명에서는, 크롤러부시 양끝면의 고주파 담금질 경화층에 접하여 형성되는 상기 마르텐사이트의 뜨임 연질층 또는 미담금질층이 연결되는 외주면 및 외주면과 내주면에 숏피닝 등의 기계적 압축가공을 실시하여, 압축잔류응력을 발생시키도록 하여, 내 지연 파괴성의 개선을 도모하는 것이 바람직하다(제32발명).

또한, 상기 크롤러부시형상에 있어서도, 양끝면 부근의 외주면 모따기위치가 내주면 모따기 위치보다 크롤러부시 중심위치에 가까운 경우에 있어서도, 크롤러핀에 걸리는 편하중이나 굽힘하중에 의해서 끝면 모따기부에 큰 굽힘하중을 발생시키고, 끝면부 근방을 파손하는 위험성이 높으므로, 내주면측의 모따기 개시점이 외주면 모따기 개시점 이상에 크롤러부시 중심위치에 있도록 하는 것이 바람직하다 (제33발명).

또한, 상기 크롤러부시의 양끝면을 추가 담금질 경화하는 경우에는, 내주면 경화층, 외주면 경화층, 끝면 경화층 사이에 연화층이 존재하는 것이므로, 이 부위에 과부하응력이 작용하는 것을 피하는 것이 바람직하므로, 상기 크롤러부시의 양끝면부 근방의 형상에 있어서, 내주면측 모따기부를 외주면 모따기부보다 크게 하고, 편하중에 의한 크롤러부시 끝면 코너부에 큰 굽힘응력이 발생하는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 또한, 이 결과는, 크롤러핀과의 물림에 대해서도 유효하게 고려된다.

또한, 내주면 경화층, 외주면 경화층, 끝면 경화층 사이에 연화층이 존재하는 경우에는, 인장잔류응력이 발생하기 쉬우므로, 적어도, 크롤러부시 양끝면 근방의 내, 외주면, 강도의 향상을 도모하는 것이 바람직하다(제34발명). 또한, 숏피닝을 내주면에 실시하는 것은, 크롤러부시의 획기적인 강도향상과 크롤러핀의 내늘어붙음성을 향상시키는 수단으로서 아주 유효하다.

또한, 상기 양끝면을 추가 담금질 경화한 크롤러부시에 있어서도, 상기와 같이 그 내주면, 외주면에 인산염피막 등의 화성처리 또는 도금처리를 실시하는 것이 바람직하다(제35발명).

다음에, 제36발명에 의한 크롤러부시의 제조방법은, 적어도, 탄소가 0.35~1.2중량%의 범위로 함유되고, 그 담금질성이, 크롤러부시를 A1 또는 A3온도이상으로 전체가열한 후, 그 내주면과 외주면으로부터 동시에 수냉각함으로써, 그 두께 전체가 HRC45 이상으로 담금질 경화되도록 합금원소가 조정되어 있는 탄소강 및/또는 저합금강으로 이루어지는 크롤러부시 소재를 이용하여, 그 전체를 A1 및/또는 A3변태온도이상의 온도로 가열한 후, 그 크롤러부시의 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 크롤러부시의 양끝면부위에서 칸막이지그를 밀착시키면서, 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 실시할 수 있는 담금질장치를 이용하여,

(1) 내, 외주면, 끝면으로부터의 냉각을 거의 동시에 실시하고, 소정시간 후에 내주면 냉각을 도중에 멈추는 일련의 담금질작업,

(2) 거의 동시에 실시하는 내, 외주면, 끝면으로부터의 냉각을, 도중에 1회이상 일시멈추어서, 소정시간 후에 재냉각을 실시하는 일련의 담금질작업

등의 크롤러부시 두께 중심부에 있어서의 냉각속도가 내외주면으로부터의 동시냉각시의 냉각속도보다 느려지게 하는 담금질작업을 실시함으로써 외주면 담금질 경화층, 양끝면 담금질 경화층 및 내주면 담금질 경화층이 연속적으로 연결되어 형성되고, 그 두께 내부에 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종이상 또는 이들 조직 중에 입상 시멘타이트가 분산되어 이루어지는 조직으로 이루어지는 연질의 미담금질층이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 제37발명에 의한 크롤러부시의 제조방법은,

크롤러부시 소재를 이용하여, 그 전체를 A1 또는 A3변태온도 이상의 온도로 가열한 후, 상기 크롤러부시의 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 부시의 양끝면의 내주면측 부위에서 칸막이지그를 밀착시키면서, 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 실시할 수 있는 담금질장치를 이용하여,

(1) 외주면 및 끝면으로부터의 냉각을 선행하여 실시하고, 소정시간 후에 내주면으로부터의 냉각을 실시하는 일련의 담금질작업,

(2) 상기(1)의 일련의 담금질작업 중에, 외주면 및 끝면으로부터의 선행냉각을 소정시간 정지하고 난 후에 재냉각을 실시하는 일련의 담금질작업

등의 크롤러부시 두께 중심부에 있어서의 냉각속도를 내외주면으로부터의 동시냉각시의 냉각속도보다 느려지게 하는 담금질작업을 실시함으로써 외주면 담금질 경화층과 이것에 연결되는 양끝면 담금질 경화층 및 내주면 담금질 경화층이 형성되고, 또한, 이들 경화층 사이에 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종이상 또는 이들 조직 중에 입상 시멘타이트가 분산되어 이루어지는 조직으로 이루어지는 연질의 미담금질층이 형성됨과 아울러 그 연화층이 양끝면 근방의 내주면에 연결되도록 한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 제38발명에 의한 크롤러부시의 제조방법은,

크롤러부시 소재를 이용하여, 그 전체를 A1 또는 A3변태온도 이상의 온도로 가열한 후, 그 크롤러부시의 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 부시의 양끝면의 외주면측 부위에서 칸막이지그를 밀착시키면서, 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 실시할 수 있는 담금질장치를 이용하여,

(1) 내주면 및 끝면으로부터의 냉각을 선행하여 실시하고, 소정시간 후에 외주면으로부터의 냉각을 일련의 담금질작업,

(2) 상기(1)의 일련의 담금질작업 중에, 내주면 및 끝면으로부터의 선행냉각을 소정시간 정지하고 난 후에 재냉각을 실시하는 일련의 담금질작업

등의 크롤러부시 두께 중심부에 있어서의 냉각속도가 내외주면으로부터의 동시냉각시의 냉각속도보다 느려지게 하는 담금질작업을 실시함으로써 내주면 담금질 경화층과 이것에 연결되는 양끝면 담금질 경화층 및 외주면 담금질 경화층이 형성되고, 또한, 이들 경화층 사이에 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종이상 또는 이들 조직 중에 입상 시멘타이트가 분산되어 이루어지는 조직으로 이루어지는 연질의 미담금질층이 형성됨과 아울러 그 연화층이 양끝면 근방의 외주면에 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 제39발명에 의한 크롤러부시의 제조방법은,

상기 크롤러부시에 있어서, 그 크롤러부시 소재의 내주면으로부터의 고주파 가열이 가능함과 아울러, 크롤러부시의 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 부시의 양끝면의 내주면측 부위에서 칸막이지그를 밀착시키면서, 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 실시할 수 있는 담금질장치를 이용하여, 1개이상의 원통형상 크롤러부시 소재를 원통축중심으로 회전시키면서 그 내주면측으로부터 고주파 유도가열에 의해서, 그 크롤러부시 소재를 A1 또는 A3변태온도이상의 온도로 가열한 후, 고주파가열을 계속하면서 외주면과 끝면으로부터의 냉각을 선행실시하고, 소정시간 후, 고주파가열을 멈추고서 내주면으로부터의 냉각을 실시하는 일련의 담금질작업에 의해서, 외주면 담금질 경화층과 이것에 연결되는 양끝면 담금질 경화층 및 내주면 담금질 경화층이 형성되고, 이들 경화층 중간에 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종이상 또는 이들 조직 중에 입상 시멘타이트가 분산되어서 이루어지는 조직으로 이루어지는 연질의 미담금질층이 형성됨과 아울러 그 연화층이 양끝면 근방의 내주면에 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 제40발명에 의한 크롤러부시의 제조방법은,

상기 크롤러부시 소재를 이용하여, 그 내주면으로부터의 고주파 가열이 가능함과 아울러, 크롤러부시의 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 부시의 양끝면의 외주면측 부위에서 칸막이지그를 밀착시키면서, 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 실시할 수 있는 담금질장치를 이용하여, 1개이상의 원통형상 크롤러부시 소재를 원통축중심으로 회전시키면서 그 내주면측으로부터 고주파 유도가열에 의해서, 적어도 그 크롤러부시 소재를 A1 또는 A3변태온도이상의 온도로 가열한 후, 고주파가열을 계속하면서 외주면으로부터의 냉각을 선행실시하고, 소정시간 후, 고주파가열을 멈추고서 내주면과 끝면으로부터의 냉각을 실시하는 일련의 담금질작업에 의해서, 내주면 담금질 경화층과 이것에 연결되는 양끝면 담금질 경화층 및 외주면 담금질 경화층이 형성되고, 이들 경화층 중간에 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종이상 또는 이들 조직 중에 입상 시멘타이트가 분산되어서 이루어지는 조직으로 이루어지는 연질의 미담금질층이 형성됨과 아울러 그 연화층이 양끝면 근방의 외주면에 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 제41발명에 의한 크롤러부시의 제조방법은,

상기 크롤러부시 소재를 이용하여, 그 외주면으로부터의 고주파 가열이 가능함과 아울러, 크롤러부시의 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 부시의 양끝면의 내주면측 부위에서 칸막이지그를 밀착시키면서, 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 실시할 수 있는 담금질장치를 이용하여, 1개이상의 원통형상 크롤러부시 소재를 원통축중심으로 회전시키면서 그 외주면측으로부터 고주파 유도가열에 의해서, 그 크롤러부시 소재를 A1 또는 A3변태온도이상의 온도로 가열한 후, 고주파가열을 계속하면서 내주면으로부터의 냉각을 선행실시하고, 소정시간 후에 외주면의 가열을 멈추고서 외주면과 끝면으로부터의 냉각을 실시하는 일련의 담금질작업에 의해서, 외주면 담금질 경화층과 이것에 연결되는 양끝면 담금질 경화층 및 내주면 담금질 경화층이 형성되고, 이들 경화층 중간에 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종이상 또는 이들 조직 중에 입상 시멘타이트가 분산되어서 이루어지는 조직으로 이루어지는 연질의 미담금질층이 형성됨과 아울러 그 연화층이 양끝면 근방의 내주면에 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 제42발명에 의한 크롤러부시의 제조방법은,

상기 크롤러부시 소재를 이용하여, 그 외주면으로부터의 고주파 가열이 가능함과 아울러, 크롤러부시의 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 부시의 양끝면의 외주면측 부위에서 칸막이지그를 밀착시키면서, 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 실시할 수 있는 담금질장치를 이용하여, 1개이상의 원통형상 크롤러부시 소재를 원통축중심으로 회전시키면서 그 외주면측으로부터 고주파 유도가열에 의해서, 그 크롤러부시 소재를 A1 또는 A3변태온도이상의 온도로 가열한 후, 고주파가열을 계속하면서 내주면과 끝면으로부터의 냉각을 선행실시하고, 소정시간 후에 외주면의 가열을 멈추고서 외주면과 끝면으로부터의 냉각을 실시하는 일련의 담금질작업에 의해서, 내주면 담금질 경화층과 이것에 연결되는 양끝면 담금질 경화층 및 외주면 담금질 경화층이 형성되고, 이들 경화층 중간에 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종이상 또는 이들 조직 중에 입상 시멘타이트가 분산되어서 이루어지는 조직으로 이루어지는 연질의 미담금질층이 형성됨과 아울러 그 연화층이 양끝면 근방의 외주면에 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 제43발명에 의한 크롤러부시의 제조방법은,

상기 크롤러부시의 제조방법에 있어서, 적어도, 작은 지름의 긴 크롤러부시 내주면이, 그 크롤러부시의 내경보다 작은 외경을 갖는 도입관을 내주면측에 배치하고, 이 도입관에 유입되는 냉각매체가 벽면에 의해 방향전환되고, 그 도입관 외주면과 크롤러부시 내주면에 끼워지는 공간에 크롤러부시 축심방향으로 거의 평행하게 흐르는 것에 의해서 행하는 (층류) 냉각방법인 것을 특징으로 하는 것이며, 냉각매체로서는, 물, 수용성 담금질액 등이 바람직하다.

또한, 제44발명에 의한 크롤러부시의 제조방법은,

상기 일련의 담금질작업에 있어서, 내주면 및/또는 외주면의 냉각을 일시적으로 멈춤으로써, 두께 중심부로부터의 열확산 및/또는 내주면 또는 외주면으로부터의 고주파가열에 의한 외주면 및/또는 내주면 담금질 경화층의 뜨임을 실시하는 것을 특징으로 하는 것이다.

다음에, 제45발명에 의한 크롤러부시의 제조방법은,

크롤러부시 소재를

(1) 그 두께 전체가 HRC45이상의 경도로 전체경화되도록 담금질 경화 또는 담금질 뜨임하고,

(2) 외주면으로부터의 고주파가열 중에 그 열확산을 이용한 내주면부의 뜨임을 실시하도록 그 크롤러부시의 내주면을 냉각하고, 외주면으로부터의 담금질을 실시함으로써,

외주면 경화층과 그 경화층에 연결된 끝면 담금질 경화층을 형성함과 아울러, 내주면에 뜨임 마르텐사이트 경화층을 형성하고, 또한 외주면 경화층과 내주면 뜨임 마르텐사이트 경화층 사이에 형성되는 연질층이 페라이트, 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 및 뜨임 마르텐사이트조직 중 1종이상으로 이루어지고, 그 연질층이 끝면부 내주면측 및 내주면에 연결되어 있고, 외주면 및 양끝면 경화층을 뜨임처리하지 않고 보다 고경도로 사용하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 제46발명에 의한 크롤러부시의 제조방법은,

크롤러러부시소재를,

(1) 크롤러부시 내주면이 담금질 경화되도록 고주파 담금질 또는 고주파 담금질 뜨임하고, 이동하면서 또는 전체를 동시에

(2) 외주면으로부터의 고주파 가열 중에 그 열확산을 이용한 내주면부의 뜨임을 실시하도록 그 크롤러부시의 내주면을 냉각하고, 외주면과 끝면으로부터의 담금질을 실시함으로써,

외주면 경화층과 그 경화층에 연결된 끝면 담금질 경화층을 형성함과 아울러, 내주면에 뜨임 마르텐사이트를 형성하고, 외주면 경화층과 내주면 뜨임 마르텐사이트 경화층 사이에 형성되는 연질층이 페라이트, 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 및 뜨임 마르텐사이트조직 중 1종이상으로 이루어지고, 그 연질층이 끝면부 내주면측 및 내주면에 연결되어 있고, 외주면 및 양끝면부 경화층을 뜨임처리하지 않고 보다 고경도로 사용하는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 제45발명 및 제46발명에 있어서는, 외주면으로부터의 고주파가열에 의한 내주면의 온도를 내주면 냉각에 의해 제어하여, 적어도 내주면에 있어서 HRC45미만에서, 시멘타이트입자가 분산된 고인성의 뜨임 마르텐사이트층을 형성하는 것이 바람직하다(제47발명).

또한, 제48발명에 의한 크롤러부시의 제조방법은,

경도가 HRC45미만의 크롤러부시 소재를 이용하여, 외주면으로부터의 이동 또는 전체의 고주파 가열에 의해서, 내주면의 강의 A1변태온도 이상으로 가열되지 않도록 내주면을 처음부터, 또는 가열도중부터 외주면보다 앞에 냉각하면서, 외주면으로부터 고주파 담금질하고, 외주면 담금질 경화 깊이를 보다 깊게, 또한, 외주면과 연결되는 양끝면부의 시일평탄부의 경화층이, 외주면위치로부터 크롤러부시 두께의 1/2이상의 폭에 걸치는 것을 특징으로 하는 것이고, 또한, 그 크롤러부시 양끝면의 시일평탄부의 담금질 경화부분을 피해서, 그 크롤러부시 내주면을 고주파 담금질하고, 내주면 담금질 경화층 깊이가 두께의 5~15%로, 또한, 30kg/㎟이상의 압축잔류응력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 것이다.(제49발명).

상기 외주면부 및 양끝면부를 고주파 담금질한 크롤러부시에 있어서, 크롤러핀과 오일윤활 하에서 슬라이딩하는 크롤러부시 내주면은 HRC45미만의 입상 시멘타이트가 다량으로 분산되는 뜨임 마르텐사이트나 펄라이트조직의 경우에 있어서도 늘어붙음성에 큰 문제가 없지만, 특히 대형 불도저에 있어서는 보다 하중부하가 크기 때문에 편하중이 걸리기 쉽고, 또한 저속으로 슬라이딩하는 경우에는 물림이 생기는 경우가 있다. 이 경우에는, 크롤러부시 양끝면의 시일평탄부의 담금질 경화부분을 피해서, 그 크롤러부시 내주면의 표면경도를 HRC45 이상으로 높이는 것이 바람직하므로, 내주면 담금질 경화층 깊이가 두께의 5~15%로 되도록 얕게 고주파 담금질하여 사용하는 것이 가능한 것으로 하였다. 또한, 제조비용적인 관점으로 하면, 내주면 담금질 경화층 깊이가 안정되는 1~3mm가 바람직하다(제49발명).

상기 내주면으로부터의 고주파 담금질을 실시함에 있어서는, 외주면을 냉각함으로써 내주면 고주파 가열의 열확산에 의해서 외주면 담금질 경화층이 연화하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 내주면 고주파 가열 전원으로서 50kHz이상의 전원을 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 크롤러부시의 외주면 및 양끝면부의 담금질 경화층을 연속적으로 형성하기 위한 외주면으로부터의 이동고주파 가열에 의해서 담금질하는 방법에 있어서,

(1) 고주파 가열 코일과 크롤러부시의 이동상대속도를 끝면부에 있어서 느리게 한다.

(2) 외주면으로부터의 열확산에 의한 내주면 온도를 조정하기 위한 내주면 냉각을 크롤러부시 양끝면 근방에 있어서 약하게 하거나, 또는 멈춘다

(3) 크롤러부시 끝면근방의 내주면에 접하도록 원통형상 또는 대략 원통형상 지그를 배치하여, 그 내주면부위로부터의 냉각을 약하게 하거나, 또는 단열성을 향상시켜서, 끝면부 내주면이 고주파 가열되기 쉽게 한다

(4) 열전도성이 좋은 소재로 만들어지는 콜렉트체크를 내주면 냉각이 필요로 되는 내주면부에 배치하고, 크롤러부시를 지지한다 중 어느 하나 이상의 방법을 조합시켜서 담금질 경화하는 것이 바람직하다.

상기 이동 고주파 담금질방법에 있어서는, 크롤러부시를 연속적으로 생산하기 위하여, 크롤러부시 간의 끝면 근방의 내주면에 단열성이 높은 스페이서를 끼워넣어서 이동 고주파 담금질을 실시하는 것이 생산성의 관점에서 바람직하다.

또한, 상기 이동 고주파 담금질방법에 있어서, 크롤러부시 외주면을 깊게 담금질경화하기 위해서는, 내주면이 강의 A1온도를 초월하지 않고, 또한 내주면에 뜨임 마르텐사이트층을 형성하기 위하여 내주면 온도가 지나치게 상승하지 않도록 내주면으로부터의 냉각을 실시하면서 외주면측으로부터의 이동식 고주파 담금질을 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 크롤러부시 끝면부 근방에 있어서는 그 내주면으로부터의 냉각을 약하거나 또는 멈추는 것에 의해서, 내주면으로부터의 냉각을 느리게 하고, 또한, 외주면으로부터의 이동가열속도를 느려지게 함으로써 끝면부 전체가 거의 충분히 가열되고, 다음의 냉각에 의해서 끝면부의 거의 전체가 담금질 경화되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기와 같이 끝면 근방의 내주면에 단열성이 높은 원통형상 또는 대략 원통형상의 스페이서를 끼워넣어서 이동고주파 담금질을 실시하는 것도 끝면부를 충분 담금질 경화시키는 동일 작용을 나타내는 것이므로, 생산성의 관점에서 보다 바람직하다.

또한, 상기 내주면의 냉각방법으로서는, 내주면에 냉각노즐을 배치하여, 물, 수용성 담금질액, 공기, 분무 등을 내뿜으면서 행하는 것이 바람직하지만, 상기와 같이 냉각의 강약이 제어되거나, 또는 ON-OFF제어가능하도록 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 열전도성이 좋은 소재(예컨대 강계, 철계 등의 금속재료)로 만들어지는 내주면용 콜렉트척을 크롤러부시의 끝면부 근방 내주면을 피해서, 내주면 냉각을 필요로 하는 내주면 부위에 배치하고, 크롤러부시를 지지하는 것이 바람직하고, 또한, 이들에 크롤러부시의 양끝면 근방 내주면에 단열재를 배치하고, 보다 단시간에 끝면부 근방이 담금질 경화에 충분한 온도로 가열되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 금속재료제의 콜렉트척부의 냉각효율을 보다 높이고, 조정할 수 있도록 공부되는 것은 바람직하고, 예컨대, 공기, 물 등의 냉각매체가 나오도록 하는 것도 바람직하다.

다음에, 상기 제45발명~제49발명에 있어서, 크롤러부시의 외주면 및 양끝면부의 담금질 경화층을 연속적으로 형성하기 위한 외주면으로부터의 전체고주파 가열에 의해서 담금질하는 방법에 있어서,

(1) 크롤러부시 양끝면부가 유효하게 고주파 가열할 수 있는 안장형, 두루마기코일, 또는 원통코일을 이용한다

(2) 외주면으로부터의 열확산에 의한 내주면 온도를 조정하기 위한 내주면 냉각을 크롤러부시 양끝면 근방에 있어서 약하게 하거나 또는 멈춘다

(3) 크롤러부시 끝면 근방의 내주면에 접하도록 원통형상 또는 대략 원통형상 지그를 배치하여, 그 내주면 부위로부터의 냉각을 약하게 하거나, 또는 단열성을 향상시켜서, 끝면부 내주면이 고주파 가열되기 쉽게 한다

(4) 열전도성이 좋은 재료로 만들어지는 콜렉트척을 내주면 냉각이 필요로 되는 내주면부위에 배치하고, 크롤러부시를 지지한다 중 어느 1개이상의 방법을 조합시켜서 담금질 경화할 수 있다.

또한, 상기 외주면으로부터의 전체고주파 가열하는 담금질방법은,

크롤로부시의 외주면으로부터의 고주파 가열이 가능함과 아울러, 크롤러부시의 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 크롤러부시의 양끝면부에 칸막이지그를 밀착시키면서, 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 실시할 수 있는 담금질장치를 이용하여, 원통형상 크롤러부시 소재를 원통축 중심 둘레로 회전시키면서 전체를 유도가열하기 시작하고, 또한, 내주면이 강의 A1변태온도이상으로 가열되지 않도록 내주면의 냉각을 시작하고나서, 또는 가열도중부터 외주면보다 앞에 개시하고, 외주면으로부터의 가열종류후에 외주면을 냉각함으로써, 외주면 담금질 경화깊이를 보다 깊게 하고, 또한, 양끝면부의 시일평탄부의 표면층이, 외주면위치로부터 크롤러부시 두께의 1/2이상의 폭에 걸쳐서 담금질 경화하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 복수개의 크롤러부시를 동시 열처리하는 경우에는, 크롤러부시 끝면부가 숨지 않도록 크롤러부시 간에 칸막이지그를 끼워서, 외주면으로부터의 냉각에 의한 끝면부의 단금질을 충분히 행하지만, 그때, 이들 칸막이지그는 크롤러부시 내주측 끝면 또는 모따기부에 접촉하고, 또한, 끝면부 근방 내주면을 커버하여, 내주면 냉각시에 끝면 근방의 내주면으로부터의 냉각이 느리게 되도록 하는 원통형상 또는 대략 원통형상인 것이 바람직하다. 또한, 내주면 냉각매체로서는, 물, 수용성 담금질액, 공기, 안개 등이 이용가능하다.

상기 제36~49발명에 의해서 제조되는 크롤러부시에 있어서는, 외주면 담금질 경화층 깊이를 두께의 30~80%까지 깊게 하여 크롤러부시의 마모수명을 개선하는 것을 특징으로 하지만, 크롤러부시의 마모수명은 그 외주면 마모량이 두께의 50~60%에 달한 시점으로 하여 설계되어 있는 것이므로, 외주면 담금질 경화층 깊이를 두께의 40~70%로 설정하는 것이 보다 바람직하다(제50발명).

또한, 상기 크롤러부시에 있어서는, 150℃이상의 뜨임처리가 실시되고, 내, 외주면 및 양끝면부의 표면경도가 HRC50이상에서, 또한, 양끝면부의 담금질 경화깊이가 0.5mm이상, 보다 장시간의 오일시일성을 확보하기 위해서는 2.0mm이상으로 되는 것이 바람직하다(제51발명).

다음에, 제52발명에 의한 크롤러부시의 제조방법은,

외주면 및 내주면으로부터 두께 중심부를 향하여 담금질 경화되고, 그 두께 중심부 부근에 형성되는 미경화층이 양끝면부에 연결되어 있는 양끝면부를 담금질 경화하는 것을 특징으로 하는 것이다. 이와 같이 건조용 크롤러부시의 양끝면을 추가적으로 담금질 경화하여, 오일밀봉식 크롤러부시에 이용가능하면, 생산설비의 공통화가 도모됨과 아울러 생산성을 획기적으로 향상시키는 것이 가능하다.

본 발명에 있어서, 상기 외주면 및 내주면은 고주파 담금질에 의해서 담금질 경화하는 것이 바람직하다(제53발명). 이 경우, 상기 외주면 및 내주면을 고주파 담금질함에 있어서, 뒤의 끝면부의 고주파 담금질경화층과 중첩되지 않도록, 미담금질층을 남겨서 담금질되는 것이 좋다(제54발명). 이렇게 하는 것에서, 끝면부의 고주파에 의한 예비가열을 필요로 하지 않고, 좋은 생산성을 높일 수 있다. 또한, 끝면 고주파 담금질 전단계에 있어서 적어도 150℃이상의 온도에서의 뜨임처리가 실시되고, 끝면부 담금질 경화층을 뜨임하지 않으므로 보다 고경도로, 내마모성에 우수한 상태로 제조하는 것이 바람직하다(제57발명).

상기한 바와 같이 연질층이 크롤러부시 끝면부에 연결되는 크롤러부시의 제조방법은, 내주면, 외주면을 각각 고주파 담금질함으로써 제조되지만, 작은 지름의 크롤러부시에 있어서는 내주면을 고주파 담금질하는 것이 곤란하고, 또한, 내주면과 외주면을 개별로 고주파 담금질하는 것은 비용이 높다라는 난점이 있다. 그래서, 제55발명에 의한 크롤러부시의 제조방법은, 상기 제53발명에 있어서, 상기 양끝면부의 담금질에 공급하는 크롤러부시에 있어서는, 1개이상의 크롤러부시 소재를 그 외주면측으로부터의 고주파 가열에 의해서, 적어도 그 크롤러부시 소재의 내주면으로부터의 냉각을 선행하여 실시하고, 소정시간 후에 외주면으로부터의 냉각을 실시하는 일련의 담금질작업, (2) 고주파 가열을 계속하면서 내주면으로부터의 냉각을 선행실시하고, 소정시간 후에 외주면가열을 멈추고서 외주면으로부터의 냉각을 실시하는 일련의 담금질작업, (3) 상기 (1), (2)의 담금질작업에 있어서, 그 작업도중에 내주면측의 냉각을 멈추고서, 크롤러부시 내에 남는 잔상열로 내주면측 경화층을 뜨임하는 일련의 담금질작업 중 어느 하나의 담금질작업에 의해서, 외주면 및 내주면으로부터 두께 중심부를 향하여 담금질 경화층을 형성하거나, 또는, 내주면부에 HRC45미만의 뜨임층을 형성하고, 내주면 및 외주면 간에 연질의 미담금질층이 남게 되고, 내담금질층간의 연질조직이 담금질온도로부터의 냉각과정에서 석출하는 페라이트, 펄라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트 중 1종이상의 조직 또는 이들 조직 중에 입상 시멘타이트가 분산되어 이루어지는 조직으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

특히, 복수개의 크롤러부시를 동시에 담금질하는 경우에는 크롤러부시를 끝면부에서 접촉시켜서 중첩하여 담금질하는 것이 가능하고, 끝면부에 있어서는 두께 중심부의 연화층이 연결되고, 오일시일성이 확보가능하지 않지만, 다수개 동시에 열처리가 가능하므로, 획기적으로 생산성이 높아지므로, 아주 저비용으로 건조식 크롤러부시를 생산할 수 있다.

또한, 다수개를 동시에 담금질하는 경우에는, 내주면 냉각은 일본 특개2001-240914호 공보에 기재된 층류담금질방법을 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 양끝면부에 미담금질경화층을 남은 크롤러부시를 생산하는 경우에는,

① 전체가열용 고주파 코일형상이 크롤러부시 끝면부 근방의 가열속도를 느려지도록 하는, ② 크롤러부시 끝면부에 열전도성이 좋은 소재로 이루어지는 지그를 배치하여 가열되는 속도를 느리게하는, 등의 수단을 강구하는 것이 바람직하다.

상기 크롤러부시의 양끝면부 담금질방법으로서는, 3kHz이상의 고주파 가열원을 이용한 고주파 담금질 방법을 이용하는 것이 바람직하고, 크롤러부시는 크롤러링크에 압입할 때의 크롤러부시 압입개시부가 HRC45 이하로 뜨임하는 것을 방지함으로써, 압입문제점이 방지된다. 또한, HRC45이하의 연화층이 발생하는 경우에는, 압입개시부를 피하고, 보다 끝면측 또는 보다 중심측에 깊게 함으로써 압입문제점이 방지된다(제56발명). 또한, 압입개시부 위치보다 끝면측에 얕게 고주파 담금질하는 경우에는, 고주파 전원의 주파수를 보다 높이는 것이나 수중에 크롤러부시를 침지하면서 끝면부를 고주파 담금질하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 크롤러부시의 양끝면부에 고주파 담금질을 실시하는 담금질균열방지의 전처리로서, 150℃이상, 바람직하게는 200℃이상의 뜨임처리를 실시하는 것이 바람직하다(제57발명).

또한, 상기 크롤러부시의 양끝면을 추가 담금질 경화하는 경우에는, 내주면 경화층, 외주면 경화층, 끝면 경화층 사이에 연화층이 존재하므로, 이 부위에 과부하의 응력이 작용하는 것을 피할 필요가 바람직하므로, 상기 크롤러부시의 양끝면부 근방의 형상에 있어서, 내주면측 모따기위치가 외주면 모따기 위치보다 크게 하고, 편하중에 의한 크롤러부시 끝면 코너부에 큰 굽힘응력이 발생하는 것을 방지하는 것이 좋다. 또한, 이 결과는, 크롤러핀과의 물림에 대해서도 유효하다라고 생각된다.

또한, 내주면 경화층, 외주면 경화층, 끝면경화층 간에 연화층이 존재하는 경우에는, 인장잔류응력이 발생하기 쉬우므로, 크롤러부시 양끝면의 고주파 담금질 경화층에 접하여 형성되는 상기 연질의 뜨임 마르텐사이트조직층 또는 미담금질층이 연결되는 외주면 위치 및 내주면 위치를 숏피닝하는 것이 바람직하고 (제58발명), 이로서 큰 압축잔류응력을 부가하고, 강도의 향상을 도모하는 것이 가능하게 된다. 또한, 숏피닝을 내주면에 실시하는 것은, 크롤러부시의 획기적인 강도향상과 크롤러핀의 내늘러붙음성을 향상시키는 수단으로서 아주 유효하다.

또한, 상기 양끝면을 추가 담금질 경화한 크롤러부시에 있어서도, 상기와 같이 그 내주면, 외주면에 인산염피막 등의 화성처리 또는 도금처리가 실시되는 것이 바람직하다(제59발명).

본 발명의 크롤러부시와 그 제조방법에서는 건설기계의 대형화와 고부하화에 수반되는 문제로 되는 크롤러부시와 회전, 요동 슬라이딩하는 크롤러핀과의 내 늘어붙음성 및 크롤러링크로부터의 빠짐을 방지할 수 있는 것을 특징으로 한다.

도 1은, 850℃로 전체가열한 후, 외주면과 내주면을 동시에 급냉하였을 때의 크롤러부시의 냉각상황과 연속냉각변태선을 나타내는 그래프이다.
도 2는, 크롤러부시가 외주면과 내주면을 동시에 급냉되었을 때에 전체경화하는 그 두께와 DI값의 관계를 실험적으로 구한 것이다.
도 3은, 850℃로 전체가열한 후, 외주면과 내주면을 동시에 2초간 급냉한 후, 2초간 그 냉각을 일시 정지한 후에 재냉각한 크롤러부시의 냉각상황과 S850C 탄소강의 항온변태선을 나타내는 그래프이다.
도 4는, 850℃로 전체가열한 후, 외주면과 내주면을 동시에 2초간 급냉한 후, 4초간 그 냉각을 일시 정지한 후에 재냉각한 크롤러부시의 냉각상황과 S50C탄소강의 항온변태선을 나타내는 그래프이다.
도 5는, 크롤러부시의 외주면과 내주면을 동시 냉각 후에, 그 냉각을 일시 정지시킴으로써 얻어지는 크롤러부시의 부분단면도이고, (b)는 두께 내부의 열확산에 의해서 고인성의 뜨임 마르텐사이트조직층으로 한 것이다.
도 6은 850℃로 전체가열한 후, 내주면만을 4초간 선행해서 냉각한 후, 외주면도 냉각한 크롤러부시의 냉각상황을 나타내는 그래프이다.
도 7은, 내주면 또는 외주면을 선행냉각하여 행하는 열처리에 의해서 얻어지는 크롤러부시의 부분단면도이고, (a)는 냉각매체의 칸막이지그를 끝면 내주부에 밀착시켜서, 두께 내부의 연질의 펄라이트조직층을 끝면 내주면에 연결한 것이고, (b)는 그 내주면을 두께 내부로부터의 열확산에 의해서 뜨임 마르텐사이트조직층으로 한 것이다. 또한, (c)는 냉각매체의 칸막이지그를 끝면 외주부에 밀착시켜서, 두께 내부의 연질의 펄라이트조직층을 끝면 외주면에 연결한 것이다.
도 8은, 크롤러부시 전체가열후에, 외주면으로부터의 고주파 가열실시하면서, 내주면을 선행냉각하였을 때의 두께 내부에 있어서의 온도분포를 나타낸 것이다.
도 9는, 외주면 또는 내주면을 고주파 가열하면서 그 판정면을 선행냉각하여 행하는 열처리에 의해서 얻어지는 크롤러부시의 부분단면도이고, (b)는 외주면으로부터의 고주파 가열열의 확산에 의해서 내주면을 고인성의 뜨임 마르텐사이트조직층으로 한 것이다.
도 10은, 외주면으로부터의 고주파 가열에 의한 크롤러부시의 승온상황을 나타내는 그래프이다.
도 11(a),(b),(c)는, 오일밀봉식 크롤러부시의 부분단면도로서, (a),(b)는 두깨전체를 담금질 경화한 후, 외주면으로부터의 고주파 담금질을 행한 것, (b),(c)는 내주면을 담금질 경화한 후, 외주면으로부터의 고주파 담금질을 행한 것이다.
도 12는, 두께 전체를 담금질 경화 및 내주면부만을 담금질 경화한 크롤러부시의 경도분포(a) 및, 또한 외주면으로부터의 고주파 담금질한 크롤러부시의 두께 끝면에 있어서의 경도분포(b)이다.
도 13(a),(b),(c),(d)는, 외주면으로부터의 전체 고주파 가열방법 설명도이다.
도 14(a),(b),(c),(d)는, 각종 내주면 냉각방법 설명도이다.
도 15(a),(b),(c)는, 내경 콜렉트척을 나타내는 도이다.
도 16(a),(b)는, 외주면으로부터의 이동식 고주파 담금질방법 설명도이다.
도 17은, 내주면 냉각에 콜렉트척 냉각을 이용한 외주면 이동 고주파 담금질방법 설명도이다.
도 18(a),(b),(c)은, 내주면에 HRC45미만에서, 고인성의 입상 시멘타이트가 분산된 뜨임 마르텐사이트조직층을 형성한 크롤러부시의 부분단면도이다.
도 19(a),(b),(c),(d),(e)는, 외주면 경화층과 연속적으로 연결되는 끝면부 경화층을 가지고, 잔부위가 HRC5미만의 연질층으로 이루어지는 크롤러부시의 부분단면도이다.
도 20(a),(b),(c),(d),(e)는, 내주의 HRC45미만의 연질층에 담금질 경화층을 설치한 크롤러부시의 부분단면도이다.
도 21(a),(b),(c),(d),(e)는, 건식 크롤러부시의 부분단면도이다.
도 22는, 다단 겹침 전체고주파 가열담금질방법 설명도이다.
도 23(a),(b),(c),(d),(e),(f)는, 끝면을 고주파 담금질한 크롤러부시의 부분단면도이다.
도 24(a),(b),(c)는, 크롤러부시의 끝면 담금질 경화의 매크로조직이다.
도 25는, 끝면 담금질 경화한 크롤러부시의 외주면의 경도측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 26은, 크롤러의 분해사시도이다.
도 27은, 크롤러부시 끝면의 시일평탄부에 있어서의 시일 접촉위치를 설명하는 도이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1 … 뜨임 마르텐사이트조직의 연질층 2 … 외주면 담금질 경화층
2A … 내주면 담금질 경화층 2B,4 … 끝면부 담금질 경화층
2C … 내주면부 HRC45미만의 뜨임 마르텐사이트층
3 … 펄라이트를 포함하는 연질층 5 … 크롤러부시
6 … 뜨임 마르텐사이트 경화층
7 … HRC45미만의 페라이트+펄라이트 미담금질 경화층
8 … 안장형 코일
9 … 두루마기 코일형상의 유전자(고주파 가열코일)
10, 11 … 칸막이지그 12 … 냉각매체 도입관
13 … 내경 콜렉트척 14 … 냉금
15 … 단열재 16,17,17A … 냉각노즐
18 … 간극지그
19 … 입상 시멘타이트가 분산한 뜨임 마르텐사이트조직층
20 … 페라이트, 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 중 1종이상이 뜨임된 조직층
22 … HRC45이상의 담금질 경화층 26 … 끝면부 고주파 담금질 경화층
27 … 끝면 담금질에 의한 뜨임층 P … 외주면 압입개시점
Q … 내주면 모따기 개시점

다음에, 본 발명에 의한 크롤러부시와 그 제조방법의 구체적인 실시형태에 관해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은, 외경 60mm, 내경 40mm, 두께 10mm의 크롤러부시를, 850℃로 가열하고, 내주면과 외주면으로부터 동시에 강수냉하였을 때의 외주표면(A위치), 외주표면으로부터 2mm깊이위치(B위치) 및 두께중심(C위치)에 있어서의 온도와 냉각시간의 관계를 나타낸 것이다.

또한, 동 도중의 굵은 파선으로 S45C 상당재의 연속냉각변태도에 있어서의 펄라이트 석출개시선(C커브)의 범위를 α,β의 각 C커브로 나타낸 것이지만, 이들 커브는, 두께 10.4mm의 크롤러부시를 850℃에서 내외주면 동시 담금질한 경우의 외주면 담금질 경화층 깊이에 기초하여 추정한 것이고, αC커브는, 담금질성이 낮은 강(DI=0.515in, 0.47C-0.34Mn)의 외주면 담금질 경화층 깊이가 약 2.2mm로, 두께 중심경도가 Hv=310인 것에 기초하여, 거의 B위치에서의 냉각선과 교차하도록 기재되고, 또한, βC커브는, DI=0.72in, 0.53C-0.48Mn 탄소강을 이용한 경우의 것이므로, 그 외주면 경화층 경도가 Hv=760이지만, 두께 중심경도가 Hv=510과 전체경화되어 있는 것때문에, 거의 C위치에서의 냉각선과 교차하도록 기재되지만, 두께 내부에 미담금질층의 형성이 약간의 DI값의 차로 결정하는 것을 안다.

도 2는, 0.4~0.6중량% 탄소를 함유한 각종 탄소강의 DI값과 전체경화하는 크롤러부시 두께의 관계를 실험적으로 구한 것이고, 그 관계는, 거의 DI(inch)≤1.75×두께(inch)(도 2 중의 직선관계)로 주어지는 것을 알았다. 또한, 입수성이 좋은 S45C 상당재의 DI값 분산범위를 도 2 중의 파선으로 나타내었지만, 예컨대 PC60(두께 8.25mm)에서 0.56inch, PC200(10.4mm)에서 0.71inch 이하의 담금질성을 가지도록 강재 성분범위가 엄중하게 관리하는 것이 필요로 되고, 그 강재의 입수성이 극히 곤란하고, 단순한 내외주면 동시 담금질방법에 의해서, 중소형 크롤러부시의 두께 내부에 연질의 미담금질층을 형성시키는 제조방법이 매우 곤란한 것을 알았다.

또한, 도 2의 파선으로 나타낸 강을 사용하여 반듯이 전체경화하지 않는 두께 17mm이상의 대형 크롤러부시를 제조하는 경우에는, 평균적인 DI값(0.96inch)이 낮기 때문에, 외주면 담금질 경화층 깊이가 3.4mm정도로 얕게 되고(두께의 약 20%), 그 크롤러부시의 마모수명이 충분히 개선가능하지 않는 문제가 일어나는 것은 명확하다.

상기 관점에서, 본 발명에서는 각종 열처리방법을 구사하여, 크롤러부시 두께내부의 냉각속도를 느리게 함으로써, 보다 높은 DI값의 강재를 사용한 크롤러부시 두께내부에 있어서도 펄라이트 변태를 촉진시키도록 하는 것이다.

도 3은, 도 1과 동 크롤러부시를 850℃에서부터의 2초간의 내외주면 동시 냉각후에 2초 냉각을 중지하고, 또한, 그 후 내외주면을 동시에 재냉각한 경우의 상기 A, B, C위치에서의 냉각선을 나타낸 것이고, A, B위치에서의 온도는 내외주면 동시 냉각을 일시 정지하는 사이(2초)에 온도복귀하고, 중심부의 C위치에서는, 550~500℃로 2초간 항온처리되는 냉각 거동을 취하는 것을 알았다.

또한, 상기 CCT선도의 최단시간에서 펄라이트변태를 일으키는 온도(노이즈)가 550℃ 근방이고, DI값의 증대에 수반해서 그 강의 노이즈위치가 보다 장시간측으로 이동하는 것은 잘 알려져 있고, 예컨대 도 2의 직선관계와 각종 두께의 두께 중심부 온도가 550℃로 되기 위한 냉각시간의 관계를 구하고, 상기 2초간의 느림이 DI=0.7inch에서 전체경화하는 것을 DI=1.05까지 전체경화되지 않도록 할 수 있는 것이 나타내져 있는 것을 알았다.

또한, 도 3에 나타낸 두께 중심부의 냉각곡선이 항온상태에 가까운 상태로 있는 경우에는 CCT선도에서의 검토로부터 TTT선도(항온변태선도)에서 의논하는 외 적정으로 고려되고 있으므로, 도 3 중에 0.5중량%C-0.91중량%Mn탄소강의 TTT선도(굵은 파선;50%펄라이트변태선, 굵은 실선;100%펄라이트 변태선)과 마르텐사이트 개시온도(Ms)를 나타내었지만, 통상, 펄라이트변태를 위한 구동력이 큰 상태로 일어나는 TTT선도는 CCT선도보다 보다 단시간측에 있는 것때문에, 두께 중심부에서의 펄라이트변태가 일어나기 쉽게 되는 것은 명확하다.

또한, 상기 각 냉각선과의 관계로부터, 외주표면층 근방에서는, 일단 마르텐사이트화한 후에 내주부로부터의 열확산에 의한 뜨임이 일어나고, B위치에서는, 온도복원되지만 그 기간 중에 연질조직 형성되는 것은 아니고, 재냉각에 의해서 경화하지만, 두께 중심의 C위치에서는 펄라이트변태가 진행하고 연질의 조직이 형성되는 것을 알았다.

도 4는 상기 냉각정지시간을 4초로 하였을 때의 두께 중심부(C위치)에서의 냉각곡선을 비교한 것이고, 상기 냉각 도중의 정지시간을 상당히 길게 할 수 있는 것은, 상당히 넓은 범위의 담금질성의 탄소강을 사용한 크롤러부시의 두께 내부에 연질의 미담금질층을 형성시키는 것이 가능한 것은 명확하다.

또한, 상기 방법은 크롤러부시 두께 내부의 냉각속도를 느리게 하기 위한 아주 유효한 방법인 것을 알았지만, 예컨대, 내외주면 동시 냉각을 내외 동시에 정지할뿐만 아니라, 예컨대, 내주면 냉각만을 일시 정지하거나 또는 재냉각하지 않아서 완전히 정지하는 것 등에 의해서도, 그 두께 내부의 냉각속도를 느리게 하는 것이 가능한 것은 명확하다.

도 5(a), (b)는, 상기 내외주면 동시 냉각개시후에 냉각을 일시 정지시키는 등의 고려방법에 따른 본 실시형태의 크롤러부시의 부분단면도를 나타낸 것이고, 어느 하나의 크롤러부시도 전체둘레면이 담금질 경화된 마르텐사이트조직으로 이루어지고, 그 두께 내부에 펄라이트조직을 포함한 미담금질층이 형성되어 있지만, 또한 도 5(b)는, 상기 방법에 있어서 내외주면 동시 냉각후, 내주면 냉각만을 멈추고서 내부면측의 마르텐사이트를 내부로부터의 열확산에 의해서 HRC45미만의 뜨임 마르텐사이트조직으로 한 것이다.

또한, 크롤러부시의 두께 내부의 냉각속도를 느리게 하는 방법으로서는, 전체 가열한 후에 외주면 또는 내주면의 한쪽을 소정시간 선행냉각하고, 두께 중심부를 느리게 냉각함으로써 펄라이트변태를 일으키게 하고, 소정시간 후에 내외주면을 양방 냉각하는 방법이 유효한 것은 명확하다.

도 6은, 상기와 동일 두께의 크롤러부시를 850℃로 가열한 후, 내주면으로부터 4초간 선행냉각하고, 그 후 외주면을 냉각한 경우의 각 공정에 있어서의 두께 단면에 있어서의 각 온도분포를 나타낸 것이고, 동 도 중의 내외주면 동시 냉각시의 온도분포와 비교하여, 두께 중심부의 내각속도가 명확하게 느려져 있고, 도 1에 병기한 C커브를 참조함으로써, 크롤러부시 두께 내부에 연질의 미담금질층을 형성시키는 유효한 수단인 것은 명확하다.

또한, 도 6의 경우와 반대로, 외주면 선행냉각 후에 내주면을 냉각하는 방법이어도, 거의 도 6과 동일한 정도의 두께 중심부의 냉각속도를 유효하게 느리게 할 수 있는 것은 명확하다.

보다 구체적으로는, 두께 10.4mm의 PC200의 크롤러부시에 있어서는 내외주면 동시 냉각에 의해서 전체경화하는 강의 DI값이 0.72inch인 것을 상술하였지만, 내주면만의 냉각에 의해서 전체경화하는 DI값이 약 2배의 1.45inch로 되는 것때문에, 이 외주면 또는 내주면의 한쪽을 소정시간 선행냉각하는 방법에 따르면 담금질성폭이 넓은 강을 사용하여 용이하게 두께 내부에 펄라이트변태층을 형성시킬 수 있는 것을 알았다.

도 7(a), (b) 및 (c)는, 상기 외주면 또는 내주면의 한쪽을 선행냉각하고, 소정시간 후에 전체둘레를 냉각하는 고려방안에 따른 본 실시형태의 크롤러부시의 부분단면도를 나타낸 것이고, 도 7(a)는 내주면과 외주면의 냉각매체를 칸막이지그를 끝면부 내주면측에 밀착시켜서, 외주면과 끝면부가 동시에 외주면 냉각매체로 냉각되도록 한 것이므로, 외주면과 끝면부를 선행냉각하거나 또는 내주면을 선행냉각하고, 소정시간 후에 전체둘레면이 냉각되도록 하여 두께 내부의 펄라이트조직을 포함하여 이루어지는 연질층이 끝면부 내주면에 연결되도록 제조되는 것이고, 또한, 도 7(b)는 그 열처리 중의 내주면 냉각을 제어하여, 내주면에 형성된 담금질 경화층을 두께 중심부의 열확산에 의해서 HRC45미만의 경도로 뜨임한 것이다. 또한, 도 7(c)는 내주면과 외주면의 냉각매체를 칸막이지그를 끝면부 외주면측에 밀착시켜서, 내주면과 끝면부가 동시에 외주면 냉각매체로 냉각되도록 하고, 외주면과 끝면부를 선행냉각하거나 또는 내주면을 선행냉각하고, 소정시간 후에 전체둘레면이 냉각되도록 하여 두께 내부의 펄라이트조직을 포함하여 이루어지는 연질층이 끝면부 외주면에 연결되도록 제조되는 것이다.

또한, 크롤러부시를 전체가열한 후에, 내주면 또는 외주면의 한쪽으로부터 선행냉각할 때에, 그 냉각면의 반대면으로부터 유도가열을 실시함으로써 두께에 아주 큰 온도구배를 형성시키고, 또한, 두께 심부의 냉각속도를 가장 느리게 할 수 있는 것은 명확하고, 두께 내부에 펄라이트변태층이 형성되는 소정시간 후에 유도가열을 멈추고서, 그 가열면을 냉각하는 이 방법은, 유도가열에 의한 유도가열 깊이나 투입전력 및 선행냉각시간을 적정하게 선정함으로써, 상기 사용하는 강의 담금질성에 관한 제한을 대폭적으로 완화함과 아울러 두께 내부에 있어서의 펄라이트 변태층 형성위치와 그 폭을 임의로 조정할 수 있는 특징을 가지는 것을 알았다.

도 8은 상기 관계를 도시한 것이고, 크롤러부시를 전체가열한 후에 내주면을 선행냉각하는 상태에 있어서는 도 중의 선으로 나타내는 온도구배를 형성하지만, 그 선행냉각 중에 외주면으로부터의 유도가열을 실시한 경우에는, 도 중의 화살표로 나타내는 더욱 급격한 온도구배가 형성되고, 550℃ 근방에 있는 두께 내부위치에서 상기 TTT변태도나 CCT변태도에 기재되는 펄라이트 변태가 우선하여 있는 것, 또한, 두께 중심부 근방까지 담금질가능한 온도이상으로 외주면으로부터 가열하고, 그 유도가열을 멈추고서 외주면 냉각을 실시함으로써, 깊은 외주면 담금질 경화층 형성할 수 있는 것은 명확하고, 마모수명의 개선에 적정한 크롤러부시를 제조하는 것에 바람직한 방법인 것을 알았다.

또한, 상기 내주면의 선행냉각을 외주면으로부터의 유도가열 중 또는 유도가열을 멈추고서 외주면 냉각 중에 일시 정지하거나 또는 그대로 완전정지함으로써 외주면측으로부터의 열확산이나 외주면으로부터의 유도가열에 의한 열확산에서 내주면의 마르텐사이트조직이 뜨임되는 것이 명확하다.

상기 외주면으로부터의 유도가열방법과는 반대의 내주면으로부터의 유도가열방법을 가지는 경우에 있어서도, 외주면 선행냉각 중의 내주면 유도가열이 내주면측에 의해 집중되도록 하는 것에서, 외주면 경화층 깊이를 보다 깊게 하고, 내주면 담금질 경화층을 얕게 할 수 있는 것도 명확하다.

도 9(a), (b)는, 상기 외주면 또는 내주면으로부터의 유도가열을 실시하면서 그 반대면으로부터 선행냉각하는 고려방안에 따른 본 실시형태의 크롤러부시의 부분단면도를 나타낸 것이고, 크롤러부시의 마모수명을 개선하기 위해서, 외주면측 담금질 경화층을 보다 깊게 함과 아울러, 도 9(b)에서는, 내주면 담금질 경화층을 고인성의 뜨임 마르텐사이트조직으로 한 것이다. 또한, 두께 내부의 펄라이트조직을 포함하는 연질층은, 상기 도 7에 나타내는 바와 같이, 내주면과 외주면의 냉각매체를 칸막이지그를 밀착시키는 위치와 내주면과 외주면의 어느 한쪽을 유도가열하는가에 의해서 외주면, 내주면 또는 끝면부에 연결되도록 조정되는 것이 명확하다.

도 10은, 외경 70mm, 내경 45.2mm, 두께 12.4mm의 크롤러부시를, 3kHz, 200kW의 전원을 이용하여, 다단계로 전력조정하면서 960℃로 전체가열하였을 때의 외주면, 두께 중심부 및 내주면에서의 유도가열상황을 나타내고 있다.

이 도 10으로부터 명확해지는 바와 같이, 내주면 온도는 가열개시로부터 약 12초에서 거의 A1온도(720℃)에 이르지만, 그 때의 두께 중심부에서는 거의 외주면 온도와 거의 동일 930~940℃로 가열되어 있고, 이 상태에서 담금질한 크롤러부시는 외주면 경화층으로 하여 두께의 1/2이상이 얻어지는 것이 명확하다. 또한, 내주면 승온곡선을 고려하면, 내주면 경도가 지나치게 연화하지 않는 타이밍에서의 내주면 냉각이 가능하고, 또한, 미리 내주면을 담금질 경화나, 또는 오일담금질 등에 의해서 두께 전체를 경화시킨 크롤러부시를 소재로 하여 외주면으로부터의 고주파 가열을 실시함으로써, 내주면에 뜨임된 경화층을 남기면서 두께 중심부에 연질층을 형성하고, 또한, 끝면경화층이 두께를 1/2이상으로 형성하고, 또한 두께 중심부의 연화층이 끝면부 근방의 내주면측에 연결하는 것이 가능한 것은 명확하다. 이 제조방법은, 내경면이 작은 지름으로, 내주면을 고주파 담금질하기 어려운 작은 지름의 크롤러부시의 제조방법으로서 아주 유효하고, 내주면이 고온단시간의 뜨임처리를 겸하며, 별공정에서의 뜨임처리를 필요로 하지 않는 저비용의 제조방법이다.

도 11(a)~(c)는, 상기 방안에 따른 본 실시형태의 크롤러부시의 부분단면도를 나타내는 것이고, 도 12는 그 때의 크롤러부시 두께 단면에 있어서의 경도분포를 나타낸 것이다. 여기서, 도 11(a),(b)는, 크롤러부시 소재를 일단 담금질하고, 그 두께 전체를 담금질 경화시킨후(도12(a) 중 (a), (b)선)에, 외주면으로부터 고주파 담금질함으로써, 두께 심부에 HRC45미만의 연질의 뜨임 마르텐사이트조직의 연질층(1)(도 12(b) 중의 (a)선), 또는, 그 연질층(1)과 외주면 담금질 경화층(2)과의 경계 근방에 펄라이트를 포함하는 연질층(3)(도 12(b) 중의 (b)선)이 형성되고, 이들 연질층(1,3)이 끝면부 담금질 경화층(4)을 피해서, 끝면부 근방의 내주면에 연결되어서 형성되는 오일 밀봉식 크롤러부시(5)의 부부단면도이다. 또한, 도 11(c), (b)는 크롤러부시 소재의 적어도 내주면을 담금질하고, 펄라이트조직을 포함한 그 두께 심부를 향하여 내주면에 담금질 경화층을 형성한(도 12(a) 중 (b), (c)선) 후, 상기와 마찬가지로 외주면으로부터의 고주파 담금질을 실시한 오일밀봉식 크롤러부시(5)의 부분단면도이다(도 12(b) 중의 (b), (c)선). 또한, 도 11 중, 부호6은 내주면부의 뜨임 마르텐사이트 경화층, 부호 7은 HRC45미만의 페라이트+펄라이트 미담금질 경화층이다.

상기 두께 전체를 담금질 경화하기 위한 강재는 보다 담금질성이 높은 고가의 것을 사용하게 되는 것에 대해서, 적어도 내주면이 담금질 경화되는 강재는 담금질성을 낮게 억제할 수 있으므로, 보다 값싼 강재(예컨대 0.3~1.5중량%C, ~1.5중량%Cr, B의 2종이상의 합금원소를 함유하는 중, 고탄소강)이 이용가능한 특징이 있다.

또한, 본 실시형태에서는 외주면으로부터 고주파 가열 중에 내주면의 담금질 경화층이, 외주면으로부터의 열확산에 의해서 뜨임되기 때문에, 크롤러부시의 인성회복을 위하여 종래로부터 실시되고 있는 뜨임공정을 폐지할 수 있고, 또한, 그 결과로서 보다 내마모를 필요로 하는 외주면과 끝면부의 뜨임경화층을 보다 고경도의 상태로 사용할 수 있는 것은 아주 유효하다.

또한, 통상, 크롤러부시는 외주면으로부터의 마모깊이가 두께의 1/2에 이르는 시점에서 크롤러부시 수명으로서 교환하는 것이 실시되고 있기 때문에, 크롤러부시의 외주면 경화층을 두께의 40~70%까지 깊게 하는 것이 마모수명을 연장하는 방책으로서 보다 유효하고, 본 실시형태에서는, 외주면으로부터의 고주파가열을 실시하기 시작할 때부터, 또는, 도중에 내주면을 각종 방법으로 냉각함으로써, 내주면의 담금질 경화층이 연질로 지나치게 뜨임되지 않도록 하면서 외주면으로부터의 깊은 고주파 담금질이 가능하도록 하였다.

외주면으로부터의 고주파 가열방법으로서는, 도 13(a)에 나타내는 바와 같이 끝면부, 외주면이 효율적으로 가열되는 안장형 코일(8)을 이용하여 고주파 담금질하는 방법도 유효하지만, 도 13(c)에 나타내는 바와 같이 끝면부가 효율적으로 가열되도록 한 두루마기 코일형상의 유전자(9)를 이용하는 방법이 가열대전력의 투입의 관점에서 유효하다. 여기서, 도 13(b)는 도 13(a)의 A화살표도이다.

사용하는 고주파 가열용 주파수는 크롤러부시의 두께에 따라서 최적화되는 것이지만, 설비의 공유성을 고려한 경우에는, 1~20kHz정도의 고주파 전원을 이용하는 것이 바람직하고, 크롤러부시(5)를 회전시키면서, 외주면으로부터의 고주파 가열이 균질화되도록 실시하고, 소정시간 후에 외주로부터의 고주파 가열을 멈추고서, 외주면으로부터 물스프레이 등에 의해서 냉각하여 담금질하는 조업을 행하는 것이 좋다. 또한 내주면 담금질 경화층의 경도를 HRC45이상으로 확보하면서, 보다 깊은 외주면 경화층을 얻은 경우에는, 상기와 같이 내주면으로부터의 냉각을 실시하는 것이 필요하고, 내주면 온도가 500℃이상으로 과열되지 않도록 제어하는 것이 필요하다.

또한, 이 경우에 있어서는, 내주면 온도를 내주면 냉각에 의해서 적절하게 컨트롤함으로써, 외주면으로부터의 고주파 가열에 의한 내주면 담금질 경화층의 경도가 조정가능한 것이 큰 제조방법의 특징으로 되고, 예컨대, 내주면 담금질 경화층을 HRC45미만으로 제어함으로써 내주면 담금질 경화층을 시멘타이트입자가 분산된 마르텐사이트조직으로 개질할 수 있고, 보다 충격적인 하중에 견디는, 고인성의, 오일밀봉식 크롤러부시를 제조할 수 있다.

도 14(a), (b), (c), (d)는 상기 내주면 냉각방법을 나타낸 것이다. 도 14(a)는, 크롤러부시(5) 양끝면부에, 내주냉각매체가 외주면측에 누출되지 않도록 하는 칸막이지그(10,11)를 배치하고, 또한, 물, 수용성 담금질액 등의 냉각매체 도입관(12)을 크롤러부시(5) 내주면에 배치하여, 이 냉각매체 도입관(12) 내를 흐르는 냉각매체의 방향을 바꾸어서, 그 냉각매체 도입관(12) 외주면과 크롤러부시(5) 내주면에 구성되는 공간에, 크롤러부시(5) 축방향으로 냉각매체를 흐르는 층흐름 냉각방법으로 내주면의 냉각을 제어하는 방법을 나타내는 것이다. 이 층흐름 냉각방법은 1초 이내에의 냉매의 흐름을 ON-OFF할 수 있기 때문에, 보다 정확한 내주면 냉각을 가능하므로 바람직한 방법이다.

또한, 도 14(b)는, 냉각매체 도입관(12)으로서, 노즐타입의 것을 사용하는 예이고, 물 이외에 공기, 분무 등의 냉각매체를 사용하는 것에 바람직한 것이다. 도 14(c)는, 크롤러부시(5) 끝면 근방을 피한 내주면을 열전도성이 좋은 금속재료성의 내경 콜렉트척(13)에 의해서 지지하고, 외주면으로부터의 고주파 가열에의한 내주면의 온도상승을 억제하는 방법이다. 또한, 이 내경 콜렉트척(13)으로부터 공기를 내뿜는 것이나 물 등을 분비시키는 등에 의해서 그 내경 콜렉트척(13)에 냉각기능을 갖게 하는 것이 바람직하다.

또한, 이 도 14 중에 나타낸 칸막이지그(10,11)와 같이, 칸막이지그를 크롤러부시 끝면 근방 내주면을 덮는 형상으로 함으로써, 상기 내주면 냉각에 의한 크롤러부시 끝면부의 내주면측으로부터의 냉각이 느려지고, 끝면부의 보다 안정한 담금질 경화층이 얻어지는 것이므로, 도 14(a),(b),(c)중 어느 한 방법에 있어서도, 이 칸막이지그를 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 도 14(d)는 내주면에 냉금(또는 냉각된 냉금)(14)을 배치한 것으로서, 가장 내주면 냉각효과가 적은 방법이다.

도 15(a),(b),(c)는, 상기 콜렉트척방식의 다른 예를 나타낸 것이다. (b)는 크롤러부시 끝면부 근방의 내주면부를 단열하도록 내경 콜렉트척(13)에 단열재(15)를 배치한 것이다. 이렇게 하는 것으로, 끝면부의 담금질 경화층이 보다 단시간의 외주면으로부터의 가열에 의해서 형성되기 쉽게 되고, 열처리 사이클을 단축시키는 것에 바람직한 방법이다. 또한, (c)는 콜렉트척(13) 중심부에 공기, 분무 등 냉각매체를 분출시키는 냉각노즐(16)을 설치한 것이다.

도 16(a),(b)는, 외주면으로부터의 이동식 고주파 담금질법에 의한 크롤러부시의 외주면 담금질 경화층 및 끝면부 담금질 경화층을 형성시키는 제조방법을 나타낸 것이다. 도 16(a)는 상기 크롤러부시(5)를 연속적으로 화살표B방향으로 눌러넣으면서 고주파 가열 코일(9)로 가열하여, 외주면 냉각노즐(17)로부터 물 또는 수용성 담금질액, 분무 등의 냉각매체를 내뿜어서 담금질 경화하는 방법을 나타낸 것이다. 이 때에는, 끝면부 근방에서의 크롤러부시 이송속도(V1)를 중앙부근에서의 이송속도(V2)보다 느리게 함으로써, 끝면부 근방이 충분히 가열되고, 이것에 연속해서 냉각에 의해서 끝면부에서의 담금질 경화층이 폭넓게 형성된다. 또한, 내주면 경도를 HRC45 이상으로 확보하면서, 깊은 외주면 담금질 경화층을 형성하기에는, 도 16(b)에 나타내는 바와 같이 크롤러부시(5) 내주면을 내주면 냉각노즐(17A)에서 상기와 거의 동일 원리로, 물, 수용성 담금질액, 공기, 분무의 내뿜음 등으로 적절하게 냉각하면서, 외주면으로부터의 깊은 고주파 가열과 이것에 연속해서 냉각을 실시하면 좋다. 또한 도 16에 있어서, 부호18로 나타내는 것은, 인접하는 크롤러부시(5,5) 간의 간극에 끼워삽입되는 간극지그이다.

또한, 설비상의 편리함으로 하면, 반듯이 크롤러부시(5)를 이동시키는 것은 없고, 고주파 가열 코일(9)과 냉각노즐(17,17A)을 이동시켜도 좋다. 또한, 크롤러부시(5)를 반듯이 연속적으로 보낼 필요도 없다. 또한, 도 16에 나타내는 바와 같은 횡형이 아니고, 종형으로 이동담금질하는 것도 가능하고, 예컨대, 도 17에 나타내는 바와 같이, 도 14,15에 나타내는 각종 내주면 냉각방법을 병용하면서 외주면으로부터의 고주파 담금질을 실시할 수도 있다.

본 실시형태에 있어서, 두께 전체를 담금질 경화한 크롤러부시를 외주면으로부터 지나치게 급속 가열한 경우에는, 소의 중첩담금질에 의한 담금질균열이 발생하는 위험이 있으므로, 외주면으로부터의 고주파 가열초기의 승온속도를 점점 느리게 하는 것이 바람직하고, 이와 같은 가열속도조정이 가능한 전체고주파 가열방법이 이동식 고주파가열법보다 바람직하다. 또한, 상기 내주면 담금질 경화한 크롤러부시에서는 외주면으로부터의 급속가열에 의해서도 담금질균열을 발생하는 위험성이 없으므로, 보다 바람직하다.

또한, 외주면으로부터의 전체 고주파 가열에 의한 크롤러부시의 승온곡선(도 10)을 고려하게 하면, 내주면 온도가 담금질 경화처리가 가능하게 되는 800℃ 이상으로 가열되는 상태에서, 외주면으로부터의 고주파 가열을 멈추거나, 또는, 그 가열을 계속하면서, 내주면만을 강렬하게 선행냉각하고, 선행냉각 중에 일단 담금질 마르텐사이트층을 형성한 후에(소정시간 후에) 내주면 냉각을 멈추고, 외주면으로부터의 열확산에 의한 내주면 담금질 경화층을 HRC45미만으로 되도록 뜨임하면서, 외주면으로부터의 고주파 가열을 멈추고서 외주면으로부터의 냉각을 실시하는 방법이 강인한 크롤러부시의 제조방법으로서 적합한 것을 밝혀냈다.

도 18(a), (b), (c)는, 이 제조방법에 의해서 제조되는 크롤러부시의 부분단면도를 나타낸 것이다. 이 방법에 의하면, 상기 크롤러부시 두께 전체를 담금질 경화하거나, 크롤러부시의 내주면을 담금질 경화시켜 두는 열처리를 필요로 하지 않는 것때문에 아주 값싼 제조방법으로 되는 것이 명확하다. 또한, HRC45미만의 시멘타이트입자가 분산된 뜨임 마르텐사이트조직층(19)은, U노치 충격치가 확실하게 5㎏-m/㎠이상으로 되도록 설정되어 있지만, 그 뜨임온도 400℃이상의 온도에서 단시간 뜨임되어 있는 상태가 바람직하다. 또한, 도 18(a),(b)에 있어서, 부호 20으로 나타내는 것은, 냉각도중에 석출되는 페라이트, 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 중 1종이상이 뜨임된 조직층이다.

본 발명자들은, 거의 동일 방법으로, 내주면을 HRC45 이상의 경도의 뜨임 마르텐사이트조직의 경화층으로 하는 기술을 선출원으로서 제안하였지만, 이 선출원에 있어서는, 보다 경질의 담금질 마르텐사이트조직을 얻기 위하여, 내주면 선행냉각을 계속 하기 위해서, 칸막이지그와의 크롤러부시의 접촉부가 변태도중에 변형하고, 이 부위로부터의 내주면 냉각매체가 누출되기 쉽게 되고, 이 끝면부에서의 소 얼룩이 발생하기 쉽다라는 문제가 있었다. 이것에 대해서, 본 실시형태에서는, 칸막이지그가 접촉하는 크롤러부시 양끝면부 근방의 모따기형상을 외주면의 모따기 형상보다 크게 하는 것, 및/또는, 보다 고인성의 HRC45미만의 뜨임 마르텐사이트를 형성시키기 위해서 내주면 성행냉각을 도중에 일단 멈춤으로써, 칸막이지그로부터의 냉각매체의 누출에 의한 소 얼룩에 대한 방지를 도모한 것이고, 일련의 담금질 조작으로 내,외주면의 열처리가 완료하는 경제효과는 크다. 또한, 그 크롤러부시 두께 중심부에서는 재가열 재담금질에 의한 현저한 결정입자의 미세화(AST 입도 번호로 9~13번)이 도모되고, 크롤러부시의 강도향상에 기여하는 것은 명확하다(도 18참조).

또한, 외주면의 담금질 경화층과 연결되어서 끝면부가 담금질 경화되는 외주면 고주파 담금질방법에 관해서는 상기와 같다. 본 실시형태에서는, 이 외주면 고주파 담금질방법을 적용하고, 그 담금질 경화층(2,4)을 제외한 부위가 HRC45미만의 고인성의 연질층(21)으로 이루어지는 오일밀봉식 크롤러부시를 얻은 것이다. 도 19(a)~(e)에는, 이 오일밀봉식 크롤러부시의 조직구성도가 나타내져 있다. 또한, hrc45미만의 연질층(21)을 형성하는 방법으로서는, 외주면 고주파 담금질 전에, 소재조질(담금질 뜨임) 등에 의해서 경도, 조직을 조정하여 두는 방법도 있지만, 상기 제조방법에 의해서 조정하는 것이 비용적으로 보다 바람직한 방법이다.

또한, 크롤러부시 내주면에 끼우는 크롤러핀과의 슬라이딩에 의해서 늘어붙음 현상이 발생하거나, 내마모성을 필요로 하는 경우나 모래땅 등을 장거리, 고속주행하기 위해서, 보다 확실한 크롤러부시의 피로강도를 높일 필요가 있는 경우에는, 도 19에 나타낸 크롤러부시의 내주면에 도20(a)~(e)에 나타내는 바와 같이, 두께의 5~15%에 상당하는 얇은 고주파 담금질 경화층(22)을 형성하고, 내주면에 30㎏/㎟이상의 압축잔류응력을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 내주면의 고주파 가열에 의한 열확산에 의해서 외주면 경화층의 경도가 감소하고, 담금질 경화깊이가 얕게 되는 것은 피하면 되지 않으므로, 바람직하게는 20kHz이상의 고주파 전원을 사용함과 아울러, 외주면을 냉각하면서 내주면 고주파 담금질을 실시하는 것이 바람직하다.

도 21(a)~(e)에는, 유압셔블 등에 사용되고 있는 오일밀봉성을 필요로 하지 않는 건식 크롤러의 크롤러부시가 나타내져 있다. 도시하는 바와 같이, 이 건식 크롤러부시에 있어서는, 외주면 경화층(23)과 내주면 경화층(24) 사이에 형성된 두께 중심부의 연질층(25)이 양끝면에 연결되어 있다. 또한, 도 21에 있어서, 기호P는 외주면 압입개시점을 나타내고, 기호 Q는 내주면 모따기 개시점을 나타내고 있다.

그런데, 상기 크롤러부시의 제조방법으로서는 각종 방법이 제안되고 있지만, 도 22에 나타내는 바와 같이, 본 발명자들이 일본 선출원(특개2001-240914호 공보)에 있어서 제안된 층흐름 담금질방법에 의해, 복수개의 크롤러부시(5)의 내외주면에 동시에 경화층을 형성시키고, 양경화층 간에 연질층을 설치한 크롤러부시를 제조하는 방법을 이용할 수 있다. 또한, 도 22에 있어서, 1개이상의 크롤러부시 끝면부에 미담금질층을 형성시키는 경우에 있어서는, 전체 가열할 때에, 끝면부의 가열이 느려지도록 고주파 가열 코일(두루마기 코일)(9)의 간격을 조정하는 것이 바람직하다.

도 23(a)~(f)에는, 크롤러부시 끝면을 별도 경화시키는 것에 의한, 생산성이 양호한 끝면을 경화한 오일밀봉식 크롤러부시의 제조방법을 나타내고 있다.

도 23(a)~(f)에 있어서, 끝면부에 부호26으로 나타내는 부위는 추가적으로 고주파 담금질한 경화층이다. 통상, 이 경화층(6)은 오일시일이 슬라이딩하고, 외계로부터의 토사진입을 방지하는 기능을 가지기 때문에, 보다 높은 경도가 요구되고, 적어도 0.5mm이상의 경화깊이가 요구되고 있지만, 보다 장시간의 사용을 고려한 경우에는, 1mm이상의 경화깊이가 필요하다. 특히, 도 23(a),(b),(c)에 나타내는 크롤러부시에 있어서는, 끝면 경화층(26)과 외주면 경화층(23), 내주면 경화층(24)이 중첩되어서 담금질되기 때문에, 그 중첩되는 부위에는 연질의 입상 시멘타이트가 분산된 뜨임 마르텐사이트층(27)이 형성되고, 담금질 경화층(26)과의 경계부에 있어서는 HRC40미만의 일부 페라이트, 펄라이트조직이 형성된다. 이 HRC40미만의 연질부위가, 크롤러부시가 크롤러링크에 압입되는 때의 외주부의 압입개시점(P)에 존재하는 경우에는, 물림에 의한 압입문제점이 발생하기 때문에, 압입개시점(P)의 경도를 HRC40이상, 바람직하게는 HRC45이상으로 하도록, 끝면부 담금질 경화깊이보다 얕게 하거나, 또는 도 23(b),(c),(e)에 나타내는 바와 같이 압입개시점(P)보다 더욱 깊게 담금질하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 끝면부 담금질층(26)을 얕게 하거나, 또는 그 열영향부를 남게하는 경우에는, 고주파 가열전원은 40kHz이상으로 높게 하거나, 가열담금질부 이외를 냉각하면서 고주파 담금질하는 것이 바람직하다.

또한, 끝면부의 고주파 담금질에 의한 담금질균열이 일어나기 쉬운 저합금강(SMn, SCrm, SCrB, SCM, SNCM계 강재)이나, 보다 고탄소의 강(0.55중량% 이상)으로 이루어지는 크롤러부시에서는, 이 끝면부의 담금질균열을 방지하기 위해서, 끝면부로부터 고주파 가열하는 경우에는, 끝면부 고주파 가열초기에 있어서의 급속가열을 피하고, 충분한 고주파에 의해 남은 열을 실시하면서, 본 가열로 급속가열 담금질을 실시하는 것이나, 끝면부의 내주면, 외주면이 담금질 경화되어 있지 않는 크롤러부시를 도 23(d),(e),(f)와 같이 끝면 담금질 경화시키는 것이 바람직하다.

도 24(a),(b),(c)는, 삼단으로 겹쳐쌓아서, 전체 고주파 가열후에 내주면 선행냉각, 외주면 냉각에 의해서 제조된 크롤러부시(S45C탄소강)의 양끝면부를 150kW, 40kHz, 3, 4, 5,초의 각 조건에서 고주파 담금질한 것의 매크로조직을 나타낸 것이다. 또한, 도 25는, 도 24에 나타내는 화살표(R)방향 및 위치에서의 외주면의 경도측정결과를 나타낸 것이다. 끝면 경화층의 시일면 경도는 HRC60(비커스경도 Hv=700)와, 침탄담금질 크롤러부시와 동정도의 경도가 얻어지고 있는 것을 알았다.

또한, 도 25의 경도분포도로부터 명확해지는 바와 같이, 담금질 경화층으로부터 크롤러부시 중앙방향으로 고주파 가열에 의한 연화층이 넓어져 있다. 이 열영향을 폭좁게 하기 위해서는, 예컨대 담금질 경화층 이외의 열영향을 냉각하는 것이 바람직하고, 예컨대 크롤러부시를 끝면부를 남겨서 물침투하는 담금질방법이나, 수중에서 끝면부를 고주파 담금질하는 방법 등을 이용하는 바람직하다.

또한, 이들 크롤러부시는 도 24에 나타내는 바와 같이 끝면부 근방의 내주면, 외주면에 연화층이 연결되기 때문에, 이 연결부위에 인장잔류응력이 발생하기 쉬운 것이 걱정되는 것이므로, 도 24(c)에나타내는 5초의 고주파 담금질품의 압입개시점으로부터 크롤러부시의 중앙측으로 1mm, 3mm 들어간 위치에서의 잔류응력을 X선법에 의해서 조사하였다. 이 결과, 1mm위치에서는 축방향 응력 = -53㎏f/㎟, 원주방향응력=39㎏f/㎟의 잔류응력이 관찰되고, 가장 걱정되는 담금질 경화층에 따른 원주형상의 쪼개짐의 위험성이 없는 것이 명확하게 되었다. 또한, 담금질 처리에 의해 잔류응력이 150℃이상의 뜨임처리를 실시함으로써 감소하는 것때문에, 크롤러부시의 끝면고주파 담금질에 의한 담금질균열 등의 위험이 완전히 회피되는 것이 명확하다.

또한, 크롤러에 관한 편하중을 받아서 크롤러핀이 휠때에는 크롤러부시 끝면부 근방에 편하중이 작용하여도 그 연질층에 굽힘하중이 걸리기 쉽기 때문에, 본 실시형태에서는 끝면의 내주측 모따기종점이 적어도 외주면의 압입개시점보다 깊은 위치로 오도록 하여 굽힘응력이 경감가능한 형상으로 되고, 또한, 최종 열처리공정의 뜨임처리를 폐지하여 사용하는 경우에는, 상기 원주방향의 잔류응력을 압축잔류응력으로 바꾸는 목적으로부터, 그 끝면 열처리부 근방에 숏피닝 등의 기계적 가공처리를 실시하도록 하였다.

또한, 크롤러부시의 내주, 외주, 끝면부의 일개소 이상의 담금질 경화층 경도가 적어도 HRC50이상인 것이 바람직한 것이므로, 크롤러부시에 공급하는 강재의 탄소량은 0.30~1.5중량%인 것이 바람직하다. 또한, 그 담금질성(DI값)은 특별히 설정하는 것은 없지만, DI값=2.0이하의 담금질성이 낮은 탄소강, 탄소붕소강으로 많은 대응가능하기 때문에, 큰 경제적 효과가 기대가능하다.

또한, 끝면부의 내마모성을 보다 강화하기 위해서는, 상기 끝면부를 추가 고주파 담금질한 담금질 경화층은 150℃미만의 뜨임 또는 미담금질의 상태에서 사용하는 것이 바람직하므로, 이 추가 담금질에 공급하는 크롤러부시에 있어서 뜨임처리 등을 완료시켜 두는 것도 바람직하다.

Claims (12)

1. 적어도 탄소가 0.35~1.2중량%의 범위로 함유되는 탄소강 또는 저합금강으로 이루어지고, 또한, 두께 전체가 HRC30~45미만의 경도로 조정된 크롤러부시 소재를 외주면으로부터의 고주파가열, 담금질법에 의해서, 외주면 담금질 경화층과 이것에 연결되는 끝면 담금질 경화층이 형성되고,
   크롤러부시 양끝면의 시일평탄부의 담금질 경화부분을 피하여, 상기 크롤러부시 내주면을 고주파 담금질하고, 내주면 담금질 경화층 깊이가 두께의 5~15%로, 크롤러부시 두께 내부에 형성되는 연질층이 크롤러부시 양끝면의 시일평탄부를 피해서, 양끝면 근방의 내주면에 연결되어 형성됨과 아울러, 내주면에 있어서 30㎏/㎟이상의 압축잔류응력이 발생하고 있는 것을 특징으로 하는 크롤러부시.
2. 제1항에 있어서, 상기 외주면으로부터의 고주파가열 중에 내주면을 냉각함으로써, 외주면 담금질 경화층 깊이를 두께의 30~80%까지 깊게 하여 크롤러부시의 마모수명을 개선한 것을 특징으로 하는 크롤러부시.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 150℃이상의 뜨임처리가 실시되고, 고주파 담금질 경화층 표면의 경도가 HRC50 이상이고, 또한, 양끝면부의 담금질 경화깊이가 0.5㎜이상인 것을 특징으로 하는 크롤러부시.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 크롤러부시의 양끝면부 근방의 형상에 있어서, 내주면측의 모따기부를 외주면측의 모따기부보다 크게 하는 것을 특징으로 하는 크롤러부시.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 크롤러링크에 압입되는 상기 크롤러부시의 부위에 있어서의 외주면 및/또는 내주면에 있어서, 숏피닝처리를 실시하여, 최표면부를 보다 고경도로 하고, 또한 압축잔류응력을 부가하는 것을 특징으로 하는 크롤러부시.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내주면 및 외주면에 인산염으로 화성처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 크롤러부시.
7. 크롤러부시 소재를 이용하여,
   (1) 크롤러부시 내주면이 담금질 경화되도록 고주파 담금질 또는 고주파 담금질 뜨임하고, 이동하면서 또는 전체를 동시에
   (2) 외주면으로부터의 고주파 가열 중에 그 열확산을 이용한 내주면부의 뜨임을 실시하도록 상기 크롤러부시의 내주면을 냉각하고, 외주면과 끝면으로부터의 담금질을 실시함으로써,
   외주면 경화층과 이 경화층에 연결된 끝면 담금질 경화층을 형성함과 아울러, 내주면에 뜨임 마르텐사이트를 형성하고, 외주면 경화층과 내주면 뜨임 마르텐사이트 경화층 사이에 형성되는 연질층이 페라이트, 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 및 뜨임 마르텐사이트조직 중 1종이상으로 이루어지고, 그 연질층이 끝면부 내주면측 및 내주면에 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 크롤러부시의 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 크롤러부시의 제조방법에 있어서, 그 내주면 및/또는 외주면의 냉각을 일시적으로 멈추는 것과 두께 중심부로부터의 열확산 및/또는 내주면 또는 외주면으로부터의 고주파 가열하는 것 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 의해서, 외주면 및/또는 내주면 담금질 경화층의 뜨임을 실시하는 그 담금질 경화층 표면경도가 HRC50~65로 조정되고, 또한, 그 내주면 담금질 경화층 표면이 HRC35~45의 고인성의 뜨임 마르텐사이트조직 또는 그 조직 중에 입상 시멘타이트가 분산되도록 하는 것을 특징으로 하는 크롤러부시의 제조방법.
9. 크롤러부시 소재를 이용하여, 두께 전체를 HRC35~45미만의 경도로 조정한 후, 외주면으로부터의 고주파가열, 담금질법에 의해서, 외주면 담금질 경화층과 이것에 연속적으로 연결되는 끝면 담금질 경화층이 형성되는 크롤러부시의 제조방법에 있어서,
   크롤러부시 양끝면의 시일평탄부의 담금질 경화부분이 연화하는 것을 피해서, 상기 크롤러부시 내주면을 고주파 담금질하고, 내주면 담금질 경화층 깊이가 두께의 5~15%이고, 크롤러부시 두께 내부에 형성되는 연질층이 크롤러부시 양끝면의 시일평탄부를 피해서, 양끝면 근방의 내주면에 연결되어 형성됨과 아울러, 내주면에 있어서 30㎏/㎟이상의 압축잔류응력이 발생하고 있는 것을 특징으로 하는 크롤러부시의 제조방법.
10. 제7항 또는 제9항에 있어서, 상기 외주면으로부터의 고주파가열 중에 내주면을 냉각함으로써, 외주면 담금질 경화층 깊이를 두께의 30~80%까지 깊게 하여 크롤러부시의 마모수명을 개선하는 것을 특징으로 하는 크롤러부시의 제조방법.
11. 제7항 또는 제9항에 있어서, 150℃이상의 뜨임처리가 실시되고, 외주면 담금질 경화층표면의 경도가 HRC50~65이며, 또한, 양끝면부의 담금질 경화깊이를 0.5mm이상으로 하는 것을 특징으로 하는 크롤러부시의 제조방법.
12. 제7항 또는 제9항에 있어서, 크롤러부시의 내주면 및 외주면에 인산염으로 화성처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 크롤러부시의 제조방법.

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